Računska ocena vpliva znotrajceličnih presnovnih in signalnih poti ter medcelične komunikacije na izločanje glukagona in inzulina : doktorska disertacija

slovenski

doktorska dela

2022

cAMP   celice alfa   celice beta   Disertacije   Fiziologija   glukoza   homeostaza   insulinska rezistenca   kalcij   Langerhansovi otočki   Matematični modeli   medcelična komunikacija   metabolizem   presnovni sindrom   računalniška simulacija   signalne poti   sladkorna bolezen tip 2   Trebušna slinavka

Univerza v Mariboru, Fakulteta za naravoslovje in matematiko

Doktorska disertacija proučuje fiziološke lastnosti celic alfa in beta z uporabo matematičnega modeliranja, omrežnih znanosti in drugih sodobnih biofizikalnih pristopov. V prvem delu disertacije predstavimo matematični model presnove in hormonskega izločanja obeh tipov celic. Rezultati modela kažejo, da je oksidacija maščobnih kislin odgovorna za visoko bazalno nastajanje ATP, medtem ko je od glukoze odvisno zvišanje koncentracije ATP posledica anaerobnih (glikolitskih) značilnosti celice alfa in aerobnih (mitohondrijskih) značilnosti celice beta. Motnje v glikolitski in mitohondrijski presnovi kritično vplivajo na pravilno izločanje hormonov obeh vrst celic. Model celice alfa je nadalje dopolnjen z od cAMP odvisno signalno potjo, ki jo uravnava presnovna aktivnost ali vezava zunajceličnih signalov na membranske receptorje. Glede na modelsko napoved je znižanje znotrajceličnega pH med visoko presnovno aktivnostjo ključnega pomena za znižanje znotrajcelične koncentracije cAMP ob stimulaciji z visoko koncentracijo plazemske glukoze. Modelirana je tudi stimulacija celic alfa z aminokislinami, in sicer tako, da se modelski rezultati ujemajo z eksperimentalnimi opažanji, da obrok mešanih hranil močno poveča izločanje glukagona. Drugi del disertacije predstavlja analizo eksperimentalno pridobljenih kalcijevih signalov iz celic beta v Langerhansovih otočkih. Predstavljena metodologija obdelave podatkov vključuje ekstrahiranje presnovno aktivirane počasne in električno aktivirane hitre komponente, binarizacijo ali diskretizacijo signalov, detekcijo nizkokakovostnih signalov in izgradnjo funkcionalnih mrež. Počasna in hitra oscilatorna komponenta sta med seboj povezani, pri čemer je frekvenca hitrih oscilacij največja okoli vrhov počasnih oscilacij. To vedenje je bolj izrazito pri stimulaciji s fiziološko koncentracijo glukoze kakor pri suprafiziološki koncentraciji. Za obe komponenti so zgrajene funkcionalne mreže, njihova analiza pa kaže na večjo lokalno gručavost in segregacijo mrež hitre komponente ter večjo globalno povezanost počasne komponente. Analiza večplastnih mrež kaže na šibko povezavo med hitro in počasno plastjo, kar nakazuje na to, da različni sinhronizacijski mehanizmi oblikujejo kolektivno aktivnost v otočkih.

08.08.2023