Um modelo para regulação gênica e a diferenciação celular nos estágios iniciais da embriogênese

Abstract

A compreensão total do funcionamento das redes de regulação gênica provavelmente explicará a complexidade e a fisiologia dos organismos. O fenômeno da diferenciação celular, uma das conquistas da evolução que permite a existência de vida multicelular, também terá várias de suas peculiaridades elucidadas com a compreensão das redes de regulação. Neste trabalho, propomos um modelo para a topologia e a dinâmica de redes de regulação e, representando células por essas redes, estudamos como novos tipos celulares surgem através de divisões e interações entre várias células, ou seja, o fenômeno da diferenciação celular. Nossos resultados sugerem que a dinâmica de uma única célula pode ser congelada, marginal ou caótica. Contudo, somente a dinâmica marginal agrega conjuntamente estabilidade a mutações e capacidade evolutiva, características fundamentais à vida. Ainda mais, a diferenciação celular só acontece de maneira biologicamente aceitável quando temos células interagentes no regime marginal. Assim, o nosso modelo suporta a hipótese de que a vida acontece na borda do caos.

The total understanding of genetic regulatory networks will likely explain the complexity and the physiology of organisms. The phenomenon of cell differentiation, one of the major transitions in evolution that allows the existence of multicellular life, will also have several of its peculiarities elucidated with such understanding of regulatory networks. In this work, we propose a model for the topology and dynamics of regulatory networks. Representing cells by these networks, we investigate how new cell types emerge from divisions and interactions between multiple cells, i.e., the phenomenon of cell di erentiation. Our results suggest that the dynamics of a single cell can be frozen, marginal or chaotic. However, only the marginal dynamics exhibits both the stability to mutations and the ability to evolve, fundamental features of life. Moreover, cell di erentiation only occurs in a biologically acceptable level only when the interacting cells are operating in the marginal regime. Thus, our model supports the hypothesis that life happens in the edge of chaos.