生命体系信息处理的动力学研究

定量研究细胞重要生命活动是物理学与细胞生物学交叉研究的重要内容。细胞增殖、分化、衰老、死亡和代谢活动的调控是通过复杂的网络实现的，具有高度的非线性。这些网络是分层次的，可分为转录调控网络、基因调控网络、蛋白质作用网络、代谢网络、信号转导网络等。描述网络动力学可提供动态、整合的信息处理图像，揭示其调控的生物物理机制，是对生物学实验的重要补充。

神经网络是另一类重要系统，一直是物理学与神经科学交叉研究的主要对象。神经网络是由神经元联结而成、错综复杂的非线性系统，在功能上反映了生物神经系统的若干基本特性。研究神经网络的目标，是要阐明大脑的工作原理，揭示思维的本质，设计具有大脑某些计算功能的人工智能系统等。

应用非线性动力学、复杂系统理论与统计物理的概念与研究方法，来阐明生物网络的拓扑结构、动力学和功能，以及三者之间的联系，在过去二十年间取得了巨大成功，成功地解释和理解了不少生命过程，已成为重要的研究范式。

我们的研究兴趣是：

1） 研究细胞信号转导 。探究多个关键信号分子，如p53、HIF-1、E2F1等分别介导的细胞应激反应。比如，p53蛋白是人类最重要的肿瘤抑制因子之一，调控细胞应答众多应激信号，维持基因组的稳定。研究以p53为中心的网络如何应答DNA损伤、癌基因活化、端粒缩短、低氧、低糖等应激信号，揭示细胞信息处理的分子机制。


应答DNA损伤的p53网络模型 ²	不同电离辐射剂量下p53网络中分子的动力学 ²

1.	X.-P. Zhang, F. Liu , Z. Cheng and W. Wang (2009) Cell fate decision mediated by p53 pulses. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106 , 12245-12250.
2.	X.-P. Zhang, F. Liu and W. Wang (2011) Two-phase dynamics of p53 in the DNA damage response. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108 , 8990-8995.
3.	X. Tian, B. Huang, X.-P. Zhang, M. Lu, F. Liu, J.N. Onuchic and W. Wang (2017) Modeling the response of a tumor-suppressive network to mitogenic and oncogenic signals. Proc. Natl.Acad. Sci. USA 114 , 5337-5342.

2） 刻画基因转录动力学和调控机制 。研究转录机器如何起始转录，信使RNA生成动力学，转录爆发的分子机制及其调控，重要转录因子调控下游靶基因转录的动力学等。


转录机器可能的工作原理 ⁴	基因转录爆发的调控 ⁴

4.	Y. Wang, T. Ni, W. Wang and F. Liu (2019) Gene transcription in bursting: a uniﬁed mode for realizing accuracy and stochasticity. Biol. Rev . 94, 248-258.
5.	Y. Wang, F. Liu and W. Wang (2016) Kinetics of transcription initiation directed by multiple cis -regulatory elements on the glnAp2 promoter. Nucleic Acids Res . 44 , 10530-10538.
6.	Y. Wang, F. Liu and W. Wang (2012) Dynamic mechanism for the transcription apparatus orchestrating reliable responses to activators. Sci. Rep. 2 , 422.

3） 研究高级认知过程的神经机制 。构建神经网络和神经环路模型，研究工作记忆、决策、空间导航等重要认知行为的神经回路和突触动力学基础，及其神经计算原理。


含四选项的运动方向识别过程的建模 ⁷	神经元的放电模式 ⁷

7.	C. Xue and F. Liu (2014) Structured synaptic inhibition has a critical role in multiple-choice motion-discrimination tasks. J. Neurosci . 34 , 13444-13457.
8.	F. Liu and X.-J. Wang (2008) A common cortical circuit mechanism for perceptual categorical discrimination and veridical judgment. PLoS Comput. Biol. 4 , e1000253: 1-14.