干细胞分化多维开关模型的蒙特卡洛模拟

控制干细胞或祖细胞向某一特定功能方向分化的过程称为谱系特化。该过程的一个重要特征是多谱系预激（multi-lineage priming），这需要同时表达谱系特异性基因。在承诺进入特定谱系之前，观察到这些基因的表达水平呈现中间值。多种祖细胞中已报道过多谱系分化现象，并通过亚稳态的分岔对此进行了解释。在分化过程中，核心调控网络的动力学遵循分岔过程，其中对应于祖细胞的亚稳态失稳，系统被迫在可能的发育替代方案之间做出选择。虽然这种方法对细胞命运决定过程给出了合理的解释，但它无法解释多谱系预激这一特征。在此，我们描述了一种新的多维开关模型，该模型同时捕捉了细胞命运决定过程和多谱系预激现象。我们表明，在对称相互作用情况下，系统表现出一种新型简并分岔，其特征是一个包含无限多个临界稳态的临界超平面。该临界超平面可被解释为祖细胞多谱系预激态的支撑。此外，细胞命运决定（多稳态和开关行为）可以通过该临界超平面参数空间中的对称性破缺来解释。这些解析结果得到了相应化学主方程蒙特卡洛模拟的证实。