Incorporando Expressão Gênica Estocástica, Interações Celulares Mediadas por Sinalização e Proliferação Celular Regulada em Modelos de Desenvolvimento Tecidual Coordenado

A formulação de modelos quantitativos e preditivos para o desenvolvimento tecidual requer a consideração de dinâmicas complexas de expressão gênica estocástica, sua regulação através de interações célula-célula e a proliferação celular. Incluir todos esses processos em uma estrutura matemática prática requer expressões complexas que são difíceis de aplicar. Construímos uma teoria que incorpora dinâmicas estocásticas de expressão gênica intracelular, produtos químicos de sinalização que influenciam essas dinâmicas e mediadores das interações célula-célula, e a proliferação celular e sua diferenciação concomitante. A dinâmica dos estados celulares é descrita por um campo vetorial de Waddington, onde nenhuma suposição é feita. Fornecemos um procedimento para simplificar sistematicamente a teoria aplicando suposições explícitas—isso pode reduzir a teoria a uma equação mestre ou até mesmo a um sistema de equações diferenciais ordinárias. Definimos uma paisagem epigenética de aptidão que descreve a proliferação de diferentes tipos celulares e elucidamos como essa paisagem de aptidão está relacionada ao campo vetorial de Waddington. Ilustramos a aplicabilidade de nossa estrutura analisando dois sistemas modelo: um processo de diferenciação de dois genes interagentes e um modelo de organismo espaciotemporal inspirado em planárias.