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Etablierung und Verifizierung kinetischer Modelle für ausgewählte Aspekte der differentiellen Expression und Aktivierung von Transkriptionsfaktoren

Projektbearbeiter:
Michael Spinka, Ulrich Gromann
Finanzierung:
Bund;
Im Rahmen der FORSYS-Kooperation geht es in erster Linie um die Analyse von Multikomponentensystemen, im speziellen um ein Netzwerk von mehreren verschiedenen Transkriptionsfaktoren (NFAT, NF-kB, AP1) im Prozess der Aktivierung und Differenzierung von T-Helfer-Zellen. Zur Realisierung der mathematischen Modellierung von zellulären Prozessen, die als entscheidend für die Transkriptionsfaktorexpression und ?aktivierung angesehen werden, sind folgende Arbeitsvorhaben geplant:
1.   Umfassende Sichtung der vorhandenen experimentellen Daten empirisch arbeitender Gruppen in enger Absprache mit den beiden anderen Partnern des WP1 (Baumgraß, Herzel). Begonnen werden soll mit der Analyse des wechselseitigen stöchiometrischen Verhältnis verschiedener Transkriptionsfaktoren, wie NFAT (Ca++/Calcineurin-Weg), Nf-kB (PKC-Q/IKK-Weg) und AP-1 (c-jun, c-fos) (MAPK-Weg der Aktivierung)
2.   Auswahl derjenigen Daten, die für eine mögliche Auswertung im Sinne unserer herkömmlichen mathematischen Verfahren geeignet scheinen
3.   Zuordnung der experimentellen Daten zu verschiedenen Modellen, wie allosterische Phänomene, steady-state-Kinetiken, transient-Kinetiken, bzw. Ligandenbindung.
4
.   Detaillierte Auswertung der experimentellen Daten mittels nichtlinearer Regression, Bestimmung von Geschwindigkeits- und Bindungskonstanten, darauf aufbauend Analyse der zugrunde liegenden kinetischen Mechanismen
5.  
Ausgehend von den erzielten Ergebnissen Erarbeitung von Arbeitshypothesen zum regulatorischen Verhalten von Transkriptionsfaktoren im zellulären Kontext der T-Helfer-Zell-Aktivierung und ?differenzierung (etwa vergleichbar den Ansätzen von Salazar & Höfer, 2003) über entsprechende Allosterie-Modelle
6
.   Numerische Modellierung komplexer Systeme aus dem Transkriptionsfaktornetzwerk, Etablierung von Modellen, die die Schalterfunktionen von Transkriptionsfaktoren bzw. von Ligandenmolekülen erklären (siehe Podtschaske et al., 2007)
7.   Einbeziehung zusätzlicher Regulationsebenen in die bereits erarbeitenden und mit Hilfe von experimentellen Daten verifizierten Modellen, wie zum Beispiel Aspekte der Beeinflussung der Cytokin-Expression der T-Helfer Zellen nach unterschiedlicher Transkriptionsfaktoraktivierung.  
Ziel der Studien ist die Etablierung verifizierbarer Modelle der T-Helfer-Zell-Differenzierung durch die Expression und Aktivierung verschiedener Transkriptionsfaktoren. Durch die Ligandenbindungsanalysen sollen tiefere Einblicke in den molekularen Mechanismus und dessen Kinetik ermöglicht werden. Auf der Grundlage der im Rahmen dieser Studie und im gesamten Verbundprojekt erhaltenen Ergebnisse wird es möglich sein, die Effekte verschiedener Arzneimittel, wie Cyclosporin A, FK506 und Rapamycin, zur T-Helfer-Zell-Differenzierung und ?Proliferation auch molekular besser zu verstehen.

Schlagworte

Differentialgleichungssysteme, mathematische Modelle

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