Mathematical and Computational Models of Cell Cycle in Higher Eukaryotes

Abstract

The cell cycle is an ordered sequence of coordinated biological processes that enable cells to grow and divide, to check for certain abnormalities whenever it is appropriate, to regulate the different stages of growth and division in the predefined order, and to respond to DNA damage and other dysfunctions by arresting progression through the cell cycle so that to allow the regulators to repair DNA damage and recover from dysfunction before DNA is completely replicated. Understanding the detailed structure of cell cycle regulation is of practical importance in biotechnology, medicine, and pharmacology. Since a detailed analysis of cellular mechanisms behind of cell cycle regulation is too complex to be preformed intuitively, mathematical and computational modeling of involved processes is essential part of the research in this field. The main idea behind this approach is to create the closest approximation of a biological system based on wet lab results, and predict its dynamic behavior through measuring the amounts of biological components. Mathematical and computational approaches implemented to cell cycle regulation have the following benefits. Firstly, it makes possible to provide a detailed qualitative and quantitative structure of the biological system describing the cell cycle regulation. Secondly, modeling allows us to conjecture a hypothesis regarding the biological system and then check consistency of the hypothesis to desired deep by extrapolating the parameters involved into the model. Keywords: cell cycle, mathematical model, computational model, Petri nets

ÖZ: Canlı hücrelerin büyümesi, bölünmesi, hücre içi belirli anormalliklerin aşamalı kontrolü, DNA hasarı, DNA hasarının giderilmesi gibi ardışık süreçler dizisine hücre döngüsü denir. Hücre döngüsünün detaylı yapısal düzenini anlamak biyoteknoloji, tıp ve farmakolojideki uygulamalar açısından pratik önem arz etmektedir. Hücre döngüsünü oluşturan moleküler mekanizmalar çok karmaşık olmanın yanı sıra sezgisel olarak incelenmeleri olanaksız görünmektedir. Bu bakımdan matematiksel ve bilgisayar ortamında oluşturulan modeller hücre döngüsü ve bileşenlerini anlamak için bu alan kullanılan önemli araştırma yöntemidir.Matematiksel ve bilgisayar ortamında sayısal simülasyon biyolojik sistemleri keşfetmek için uygulanan verimli bir yaklaşımdır. Bu yaklaşımın ana fikiri laboratuvar sonuçlarına göre biyolojik sistemin olabilecek kadar gerçekçi modelinin oluşturulması ve biyolojik bileşenlerin miktarlarını ölçerek dinamik davranışların tahmin etmektir. Hücre döngüsünün düzenlenmesi için uygulanan matematiksel ve sayısalın modeller ilk önce hücre döngüsünün olabilecek kadar detaylı nicel ve nitel yapısını oluşturma, hücre içi molekuler süreçleri anlama, varsayımlar veya hipotezler öne sürme, ve bu varsayım veya hipotezlerin tutarlılığını kontrol etmenizi sağlar. Anahtar Kelimeler: Hücre döngüsü, matematiksel model, hesaplama modeli, Petri ağları