Mathematical modeling of folate-related processes in human placenta

Abstract

Aim. Description the folate-related processes in the human placenta using the stoichiometric model and investigation the system’s behavior under various conditions. Methods. The model is based on the stoichiometry of the reactions of the folate-related processes at steady state conditions and constructed using CellNetAnalyzer. Behavior of the system is described by elementary flux modes and control-effective fluxes depending on the activity of methylenetetrahydrofolate reductase and methionine synthase and input methionine flux. Results. Change in methylenetetrahydrofolate reductase activity causes a decrease in fluxes through the main routes of homocysteine elimination and increases the need for 5-methyltetrahydrofolate. Methionine synthase inactivation reduces 5-methyltetrahydrofolate consumption and increases the flux through the taurine syn-thesis. Lack of methionine leads to increased 5-methyltetrahydrofolate consumption, reduced homocysteine concentration and reduces the fluxes through the methionine cycle. Conclusions. Analysis of model functioning has shown the compliance of system’s functioning changes with the clinic parameters. There is evidence that the homocysteine level as a marker of folate-related processes functioning of is not sufficient to justify the therapy.

Мета. Описати фолат-залежні процеси в плаценті людини за допомогою стехіометричної моделі і дослідити поведінку системи за різних умов. Методи. Модель створено на основі стехіометрії реакцій фолат-залежних процесів, що перебувають у стаціонарному стані, з використанням програми CellNetAnalyzer. Поведінку системи охарактеризовано через елементарні моди і коефіцієнти контролю за потоками залежно від активності метилентетрагідрофолат-редуктази і метіонінсинтази і надходження метіоніну. Результати. Зміна активності метилентетрагідрофолат-редуктази спричиняє зниження потоків через основні шляхи елімінації гомоцистеїну та збільшення потреби у 5-метилтетра-гідрофолаті. Інактивація метіонінсинтази зменшує споживання 5-метилтетрагідрофолату і збільшує потоки через реакції синтезу таурину. Брак метіоніну призводить до зростання споживання 5-метилтетрагідрофолату, зменшення вмісту гомоцистеїну та зниження потоків через реакції метіонінового циклу. Висновки. Аналіз функціонування моделі виявив відповідність змін у функціонуванні системи клінічним показникам. Але є свідоцтва того, що рівень гомоцистеїну як маркера функціонування фолат-залежних процесів є недостатнім для призначення обгрунтованої терапії.

Мета. Описати фолат-залежні процеси в плаценті людини за допомогою стехіометричної моделі і дослідити поведінку системи за різних умов. Методи. Модель створено на основі стехіометрії реакцій фолат-залежних процесів, що перебувають у стаціонарному стані, з використанням програми CellNetAnalyzer. Поведінку системи охарактеризовано через елементарні моди і коефіцієнти контролю за потоками залежно від активності метилентетрагідрофолат-редуктази і метіонінсинтази і надходження метіоніну. Результати. Зміна активності метилентетрагідрофолат-редуктази спричиняє зниження потоків через основні шляхи елімінації гомоцистеїну та збільшення потреби у 5-метилтетрагідрофолаті. Інактивація метіонінсинтази зменшує споживання 5-метилтетрагідрофолату і збільшує потоки через реакції синтезу таурину. Брак метіоніну призводить до зростання споживання 5-метилтетрагідрофолату, зменшення вмісту гомоцистеїну та зниження потоків через реакції метіонінового циклу. Висновки. Аналіз функціонування моделі виявив відповідність змін у функціонуванні системи клінічним показникам. Але є свідоцтва того, що рівень гомоцистеїну як маркера функціонування фолат-залежних процесів є недостатнім для призначення обгрунтованої терапії.