Mathematical Modelling of Cell-Fate Decision in Response to Death Receptor Engagement

程序性细胞死亡 生物信息学 计算生物学 表型 细胞命运测定 生物 系统生物学 细胞凋亡 细胞生物学 信号转导 计算机科学 生物信息学 遗传学 基因 转录因子
作者
Laurence Calzone,Laurent Tournier,Simon Fourquet,Denis Thieffry,Boris Zhivotovsky,Emmanuel Barillot,Andreï Zinovyev
出处
期刊:PLOS Computational Biology [Public Library of Science]
卷期号:6 (3): e1000702-e1000702 被引量:200
标识
DOI:10.1371/journal.pcbi.1000702
摘要

Cytokines such as TNF and FASL can trigger death or survival depending on cell lines and cellular conditions. The mechanistic details of how a cell chooses among these cell fates are still unclear. The understanding of these processes is important since they are altered in many diseases, including cancer and AIDS. Using a discrete modelling formalism, we present a mathematical model of cell fate decision recapitulating and integrating the most consistent facts extracted from the literature. This model provides a generic high-level view of the interplays between NFκB pro-survival pathway, RIP1-dependent necrosis, and the apoptosis pathway in response to death receptor-mediated signals. Wild type simulations demonstrate robust segregation of cellular responses to receptor engagement. Model simulations recapitulate documented phenotypes of protein knockdowns and enable the prediction of the effects of novel knockdowns. In silico experiments simulate the outcomes following ligand removal at different stages, and suggest experimental approaches to further validate and specialise the model for particular cell types. We also propose a reduced conceptual model implementing the logic of the decision process. This analysis gives specific predictions regarding cross-talks between the three pathways, as well as the transient role of RIP1 protein in necrosis, and confirms the phenotypes of novel perturbations. Our wild type and mutant simulations provide novel insights to restore apoptosis in defective cells. The model analysis expands our understanding of how cell fate decision is made. Moreover, our current model can be used to assess contradictory or controversial data from the literature. Ultimately, it constitutes a valuable reasoning tool to delineate novel experiments.
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