A szaporodó sejtek “élete” osztódástól osztódásig tart. A két osztódás között lezajló folyamatok összességét sejtciklusnak nevezzük. A reprodukcióhoz minden sejtnek szüksége van egy olyan molekuláris szabályozó rendszerre, amely a szaporodást irányítja. Értekezésemben a Saccharomyces cerevisiae (sarjadzó élesztõ) sejtciklusát szabályozó biokémiai folyamatok matematikai modellezésével foglalkoztam.

A sejtciklust szabályozó reakcióháló számos fontos elemét ismerjük, és az egyes szabályozó fehérjék kölcsönhatásairól is sokat tudunk élesztõkben és emlõs sejtekben egyaránt. Az is ismert, hogy az élesztõsejtek szabályozó enzimei nagy hasonlóságot mutatnak (mind szerkezetileg, mind funkciójukban) az emlõssejtekben megtalálható társaikhoz. Ennek következtében az élesztõsejtek szabályozási mechanizmusának felderítése elõsegítheti az emlõssejtek sejtciklusának megismerését, valamint a hibás “mûködésbõl” származó betegségek megértését is. Az egyik legismertebb ilyen kóros állapot a rákbetegség, amikor valamilyen rendellenesség folytán a sejtszaporodás gátlása megszûnik, s a szabályozatlan osztódás sejtburjánzáshoz, rákos daganathoz vezethet.

A molekuláris biológusok kutatásai alapján ma már sokat tudunk a szabályozó rendszer elemeinek kölcsönhatásairól, de pusztán ezekbõl az eredményekbõl nehéz megjósolni egy sejt (vagy az azt leíró modell) idõbeli viselkedését. A szabályozó hálózat dinamikájának vizsgálatára a kémiai reakciókinetika azon matematikai módszereit érdemes alkalmazni, amelyeket összetett, például oszcilláló kémiai rendszerek tanulmányozására fejlesztettek ki. Egyenleteinkben biokémiai reakciók sebességeit írjuk le, így talán módszerünk legszerencsésebb elnevezése: biokémiai reakciókinetika.

Ennek megfelelõen, egy feltételezett primitív eukarióta sejt (sejt)ciklusát szabályozó rendszer reakciókinetikai (matematikai) modelljébõl kiindulva és a sarjadzó élesztõben megismert egyéb szabályozó elemeket figyelembe véve, elkészítettük a Saccharomyces cerevisiae sejtciklusát szabályozó molekuláris hálózat matematikai modelljeit. Értekezésemben emodellek vizsgálatával kapcsolatos eredményeinket foglaltam össze.

Ezúton szeretném megköszönni témavezetõm, Dr. Novák Béla áldozatkész segítségét, aki kezdeményezte és irányította munkámat.
 

The life of a growing cell lasts from division to division. The processes that happen between two successive divisions are called the cell cycle. Every cell needs a molecular controlling system that regulates its reproduction. In my thesis I have dealt with the mathematical modeling of the biochemical processes that regulate the cell cycle of Saccharomyces cerevisiae (budding yeast).

A lot of members of the cell cycle controlling network are known just like their interactions in yeast and mammalian cells. It is also known that the regulatory enzymes of yeast cells shows great similarities (in their function and structure as well) to their homologues in human cells. As a consequence the yeast cell cycle regulatory network could help to understand the cell cycle of mammalian cells and the diseases caused by the defects of cell cycle regulation. The most known disease of the cell cycle is the cancer, when some defect of the regulatory network cause uncontrolled cell proliferation.

We know quite much about the interactions of the regulatory network from molecular biological research, but only from these data, it is hard to predict the behavior of the whole control system. One of the best tools to investigate the dynamics of such a complicated controlling network is the mathematical methods of chemical reaction-kinetics, which are commonly used to describe chemical reactions (like oscillatory ones). In our models we write differential equations for the rate of change in the concentration and activities of the components in the regulatory network

Accordingly, we have constructed a mathematical model of a proposed primitive eukaryotic cell cycle controlling system. We have further developed this model by inserting the specific regulators of the budding yeast cell cycle to a complex model of Saccharomyces cerevisiae cell cycle regulatory network. In my thesis I summarize the results of the investigations of these mathematical models.
 
 

Publications

Novák, B., Csikász-Nagy, A., Gyõrffy, B., Nasmyth, K. & Tyson, J.J. (1998) Model Scenarios for the Evolution of the Eukaryotic Cell Cycle Phil. Trans. R. Soc. Lond. B., 353, 2063-2076
Novák, B., Csikász-Nagy, A., Gyõrffy, B., Chen, K. & Tyson, J.J. (1998) Mathematical model of the fission yeast cell cycle with checkpoint controls at the G1/S, G2/M and metaphase/anaphase transitions Biophys. Chem. 72, 185-200
Novák, B., Tóth, A., Csikász-Nagy, A., Gyõrffy, B., Tyson, J.J. & Nasmyth, K. (1999) Finishing the Cell Cycle Journal of Theoretical Biology 199, 223-233
Chen, C.K., Csikász-Nagy, A., Gyõrffy, B., Val, J., Novák, B., & Tyson, J.J. (2000) Kinetic Analysis of a Molecular Model of the Budding Yeast Cell Cycle. Molecular Biology of the Cell 11, 369–391
Sveiczer, Á., Csikász-Nagy, A., Gyõrffy, B., Tyson, J. J., Novák, B. (2000) Modeling the fission yeast cell cycle: quantized cycle times in wee1^- cdc25D mutant cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA , 97, 7865-7870