Análisis de observabilidad e identificabilidad estructural de modelos no lineales: aplicación a la vía de señalización JAK/STAT

Abstract

[Resumen] La observabilidad e identificabilidad estructural son propiedades que se corresponden con la posibilidad teórica de determinar los vectores de estado y de parámetros de un modelo a partir de su salida. Recientemente hemos desarrollado una herramienta MATLAB, STRIKE-GOLDD, que analiza la observabilidad e identificabilidad estructural local de modelos no lineales de ecuaciones diferenciales ordinarias empleando una metodología simbólica. Si bien STRIKE-GOLDD es una metodología de propósito general, su desarrollo está motivado por el estudio de modelos biológicos, para los que estos análisis son de especial relevancia. En este trabajo se analiza la observabilidad e identificabilidad estructural de un modelo dinámico de la vía de señalización celular JAK/STAT. Este sistema de transducción de señales juega un papel importante en procesos de inmunidad, proliferación y división celular, apoptosis y oncogénesis. Usando este modelo de relevancia biomédica como caso de estudio, el presente trabajo proporciona un tutorial sobre el uso de STRIKEGOLDD, ilustrando sus capacidades y limitaciones.

[Abstract] Observability and structural identifiability are classic systemic properties that describe whether it is theoretically possible to determine the state and parameter vectors of a model from its output. Recently we developed a MATLAB tool, STRIKE-GOLDD, which adopts a symbolic approach for analysing observability and structural identifiability of nonlinear ODE models. While being a general purpose tool, the motivation behind the development of STRIKE-GOLDD was the study of biological models, for which these analyses can provide very valuable insight. This paper demonstrates the application of STRIKE-GOLDD to a dynamic model of the JAK/STAT signaling pathway, which plays an important role in processes such as immunity, cell division, cell death and tumour formation. Using this model of biomedical relevance as a case study, the present paper provides a tutorial on the use of the STRIKE-GOLDD methodology, highlighting its capabilities and limitations.