Modelowanie udziału żelaza w powstawaniu miażdżycy - podejście systemowe

• Authors: Dorota Formanowicz , Marcin Radom , Piotr Formanowicz

Title variants

EN

Modelling of the iron participation in the development of atherosclerosis - a systemic approach

• Languages of publication: PL EN

Abstracts

PL

Hipotezę zakładającą, że wyższe stężenie żelaza w surowicy odgrywa ważną rolę w rozwoju chorób układu sercowo-naczyniowego zaproponował w 1981 r. J.L. Sullivan. Dziś, wyniki coraz liczniejszych badań potwierdzają istotne znaczenie żelaza w rozwoju miażdżycy. Zasadniczą rolę przypisuje się katalizowanej przez jony tego pierwiastka reakcji Fentona, w następstwie której powstaje silnie toksyczny rodnik hydroksylowy, biorący udział w peroksydacji lipidów. W następstwie wspomnianego procesu powstają zmienione cząsteczki lipidowe, które w sposób nieograniczony wyłapywane są przez komórki jednojądrzaste i stają się komórkami piankowatymi, a potem ciałkami apoptotycznymi tworzącymi blaszkę miażdżycową. W pracy tej przedstawiono systemowe podejście do badania prezentowanego zagadnienia. W tym celu został zbudowany model dotyczący udziału żelaza w powstawaniu miażdżycy oparty na sieciach Petriego. Analiza tego modelu pozwoliła na wyciągnięcie wniosków, iż bez reakcji Fentona, którą katalizuje żelazo, blaszka miażdżycowa nie może powstać.

EN

The hypothesis that higher serum iron concentration plays an important role in the development of diseases of the cardiovascular system has been proposed in 1981 by J.L. Sullivan. Nowadays, more and more research results confirm importance of iron in the development of atherosclerosis. The essential role plays Fenton reaction catalyzed by ions of this chemical element, which produces highly toxic hydroxyl radical involved in lipids peroxidation. As a result of this process, modified lipid molecules are produced and phagocytosed in unlimited way by mononuclear cells to become foam cells and then apoptotic bodies that form atherosclerotic plaque. In this paper, a systemic approach to the study of these issue is presented. For this purpose, a model based on Petri nets of the iron participation in the development of atherosclerosis has been built. The analysis of this model allowed us to draw the conclusion that without the Fenton reaction, which is catalyzed by iron, atherosclerotic plaque cannot actually arise.

• Journal: Kosmos
• Year: 2014
• Volume: 63
• Issue: 3
• Pages: 331-344

Dates

published

2014

Contributors

author

Dorota Formanowicz

• Katedra Chemii i Biochemii Klinicznej, Zakład Biochemii Klinicznej i Medycyny Laboratoryjnej, Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu, Grunwaldzka 6, 60-780 Poznań, Polska

author

Marcin Radom

• Insytut Informatyki Politechniki Poznańskiej, Piotrowo 2, 60-965 Poznań, Polska

author

Piotr Formanowicz

• Insytut Informatyki Politechniki Poznańskiej, Piotrowo 2, 60-965 Poznań, Polska

References

• Bartosz G., 2013. Druga twarz tlenu. Wolne rodniki w przyrodzie. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
• Błażewicz J., Formanowicz D., Formanowicz P., 2009a. Zastosowanie sieci Petriego do modelowania procesów biologicznych. Kosmos 58, 79-88.
• Błażewicz J., Formanowicz D., Formanowicz P., Sackmann A., Sajkowski M., 2009b. Modeling the process of human body iron homeostasis using a variant of timed Petri nets. Discrete Appl. Math. 157, 2221-2231.
• Formanowicz D., 2011. Do changes in iron metabolism contribute to the acceleration of the atherosclerosis process? BioTechnologia 92, 180-192.
• Formanowicz D., 2013. Studium teoretyczne i kliniczne wybranych aspektów miażdżycy ze szczególnym uwzględnieniem zmian obserwowanych u pacjentów z przewlekłą chorobą zapalną. Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu, Poznań.
• Formanowicz D., Kozak A., Formanowicz P., 2012 A Petri net based model of oxidative stress in atherosclerosis. Found. Comput. Dec. Sci, 37, 59-78.
• Formanowicz D., Kozak A., Głowacki T., Radom M., Formanowicz P., 2013. Hemojuvelin-hepcidin axis modeled and analyzed using Petri nets. J. Biomed. Inform. 46, 1030-1043.
• Formanowicz D., Sackmann A., Kozak A., Błażewicz J., Formanowicz P., 2011. Some aspects of the anemia of chronic disease modeled and analyzed by Petri net based approach. Bioproc. Biosyst. Eng. 34, 581-595.
• Formanowicz D., Sackmann A., Formanowicz P., Błażewicz J., 2007. Petri net based model of the body iron homeostasis. J. Biomed. Inform. 40, 476-485.
• Heiner M., Herajy M., Liu F,. Rohr C., Schwarick M., 2012. Snoopy - A Unifying Petri Net Tool. Lect. Notes in Comput. Sci. 7347, 398-407.
• Leitinger N., 2002. A role for phospholipid oxidation products as modulators of inflammatory reactions in atherogenesis. Acta Angiol. 104, 19-202.
• Miller Y., Viriaykosol S., Binder C. J., Feramisco J. R., Kirkland T. N., Witztum J. L., 2003. Minimally modified LDL binds to CD14, induces macrophage spreading via TL4/MD-2, and inhibits phagocytosis of apoptotic cells. J. Biol. Chem., 278, 1561-1568.
• Murata T., 1989. Petri nets: Properties, analysis and applications. Proc. IEEE 77, 541-580.
• Oliński R., Jurgowiak M., 2002. Iron metabolism, oxidative DNA damage, and atherosclerosis. Acta Angiol. 8, 37-44.
• Petri C. A., 1962. Communication mit Automaten. Rozprawa doktorska, Institut für Instrumentelle Mathematik, Schriften des IIM 3, Bonn.
• Ross R., 1999. Atherosclerosis-an inflammatory disease. N. Engl. J. Med. 340, 115-126.
• Sackmann A., Formanowicz D., Formanowicz P., Koch I., Blazewicz J., 2007. An analysis of the Petri net based model of the human body iron homeostasis process. Computat. Biol. Chem. 31, 1-10.
• Sackmann A., Formanowicz D., Formanowicz P., Błażewicz J., 2009. New insights into the human body iron metabolism analysed by a Petri net based approach. Biosystems 96, 104-113.
• Skalska A., 2001. Wolne rodniki tlenowe a nadciśnienie tętnicze. Nadciśnienie Tętnicze 5, 147-158.
• Skoczyńska A., 2005. Rola lipidów w powstawaniu miażdżycy. Postepy Hig. Med. Dosw. 59, 346-357.
• Stocker R., Keaney J. F. 2004. Role of oxidative modifications in atherosclerosis. Physiol. Rev. 84, 1381-1478.
• Sullivan J. L., 1981. Iron and the sex differences in heart disease risk. Lancet 1, 1293-1294.
• Tabas I., 2002. Lipids and atherosclerosis. [W:] Biochemistry of Lipids, Lipoprotreins and Membranes. Vance D. E., Vance J. E. (red.). Elsevier, Amsterdam, 573-597.