Dynamics of Cell Fate Decision Mediated by the Interplay of Autophagy and Apoptosis in Cancer Cells: Mathematical Modeling and Experimental Observations

این پایان نامه بین رشته ای یک رویکرد زیست شناسی سیستمی را برای مطالعه تصمیم سرنوشت سلولی با واسطه اتوفاژی معرفی می کند. یک مدل ریاضی از تعامل بین اتوفاژی و آپوپتوز در سلول‌های پستانداران پیشنهاد شده است. در این مدل پویا، اتوفاژی به عنوان یک پاسخ تدریجی به استرس (Rheostat) عمل می کند که شروع سوئیچ دوپایدار آپوپتوز را به تاخیر می اندازد تا به سلول ها فرصتی برای زنده ماندن بدهد. نویسنده نشان می دهد که مدل دینامیکی او با اندازه گیری های کمی موجود دوره های زمانی پاسخ های اتوفاژیک به درمان سیس پلاتین سازگار است. برای درک عملکرد این پاسخ در سلول‌های سرطانی، او یک چارچوب آزمایشی زیست‌شناسی سیستمی را برای مطالعه جنبه‌های کمی و دینامیکی اتوفاژی در سلول‌های سرطانی با استفاده از تصویربرداری سلول زنده و میکروسکوپ فلورسانس کمی ارائه کرده است. این چارچوب می تواند بینش جدیدی در مورد عملکرد پاسخ اتوفاژیک در سلول های سرطانی ارائه دهد.

This interdisciplinary thesis introduces a systems biology approach to study the cell fate decision mediated by autophagy. A mathematical model of interaction between Autophagy and Apoptosis in mammalian cells is proposed. In this dynamic model autophagy acts as a gradual response to stress (Rheostat) that delays the initiation of bistable switch of apoptosis to give the cells an opportunity to survive. The author shows that his dynamical model is consistent with existing quantitative measurements of time courses of autophagic responses to cisplatin treatment. To understand the function of this response in cancer cells, he has provided a systems biology experimental framework to study quantitative and dynamical aspects of autophagy in single cancer cells using live-cell imaging and quantitative fluorescence microscopy. This framework can provide new insights on function of autophagic response in cancer cells.