Breaking News

Breaking

Post Top Ad

Your Ad Spot

Monday, March 7, 2022

كيف تعمل الفيزياء والبيولوجيا معًا لاستكشاف آليات الحياة

تستكشف الفيزياء وعلم الأحياء معًا آليات الحياة - Communiqués de presse

اليسار ، بروتين MEX-5. صحيح ، بروتين PLK-1 في أجنة C. elegans. يظهر اللون الأبيض وجود أعلى أو أدنى من البروتينات. الائتمان: UNIGE / Laboratoire Monica Gotta

تحتوي كل خلية من خلايانا على حوالي 40 مليون بروتين تؤدي معًا جميع المهام التي تحتاجها الخلية للبقاء على قيد الحياة. للحصول على عمل سلس ، يجب تركيز البروتينات الصحيحة بكميات محددة ، في وقت محدد وفي مكان محدد. ومع ذلك ، فإن إنشاء مثل هذا التوزيع الدقيق يتطلب عملية دقيقة للغاية ، تحدث بدقة مكانية صغيرة لا تستطيع أدوات بيولوجيا الخلية القياسية اكتشافها في كثير من الأحيان. لفهم كيفية عمل هذه الآلية ، طور باحثون من جامعة جنيف (UNIGE) نهجًا جديدًا يجمع بين تجارب علم الوراثة وبيولوجيا الخلية مع النمذجة الفيزيائية. باستخدام خوارزميات محددة ، قاموا بمحاكاة تشكيل التدرجات البروتينية ثلاثية الأبعاد وطوال الوقت وتمكنوا من شرح هذه الآليات المعقدة. علاوة على ذلك ، يمكن تكييف نموذجهم المبتكر مع أنظمة بيولوجية أخرى للتحقيق في ديناميات البروتين. يمكن قراءة هذه النتائج في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

مثل قطرة من الحبر في كوب من الماء ، يمكن للبروتينات أن تنتشر وتتوزع بالتساوي في جميع أنحاء الخلية. ومع ذلك ، بالنسبة لعدد غير قليل من المهام ، تحتاج البروتينات إلى تكوين تدرجات. توضح Monica Gotta ، الأستاذة في قسم فسيولوجيا الخلايا والتمثيل الغذائي وفي مركز الأبحاث المترجمة في Onco- أن “تدرجات البروتين ، التي تنشأ عن التوزيع غير المتكافئ للبروتينات في مناطق خلوية محددة ، تعتبر أساسية للعديد من الوظائف الخلوية والكائنات الحية”. أمراض الدم (CRTOH) في كلية الطب UNIGE ، الذي أدار هذا العمل. “على سبيل المثال ، التدرجات البروتينية مهمة لتمايز الخلايا ، العملية التي من خلالها تنشأ أنواع الخلايا المختلفة التي تشكل كائنًا معقدًا من خلية فريدة ، البويضة المخصبة.”

استخدام العشوائية

بروتين PLK-1 ، وهو منظم رئيسي لـ ، من المعروف أنه يتركز أكثر في الجانب الأمامي للجنين. ولكن كيف يمكن وضع هذه الآلية ، وماذا ستكون النتيجة إذا انحرفت أدق التفاصيل؟ نظرًا لأن الأدوات المعتادة في علم الأحياء لم تكن كافية للإجابة على هذا السؤال ، كانت مونيكا جوتا سعيدة بالترحيب بفريقها الفيزيائية صوفيا باربيري ، باحثة ما بعد الدكتوراه في قسم فسيولوجيا الخلايا والتمثيل الغذائي في كلية الطب بجامعة UNIGE.

تشرح صوفيا باربيري: “بتجميع كل ما هو معروف عن هذه العملية البيولوجية وفرضيات جديدة حول الآليات ، طورت نموذجًا إحصائيًا لتشكيل التدرج البروتيني بناءً على الرياضيات الاحتمالية”. “لجأت إلى محدد ، التي تسمى محاكاة مونت كارلو ، والتي سميت على اسم مدينة المقامرة الشهيرة. “تُستخدم هذه الخوارزميات لنمذجة الظواهر ذات المستوى العالي من التعقيد ، مثل التمويل أو التجارة أو فيزياء الجسيمات.

كان الفريق قادرًا على محاكاة تدرجات البروتين ، ليس فقط في الأبعاد الثلاثية ، ولكن أيضًا عبر الزمن. يتطلب مثل هذا النموذج مع ذلك العديد من التكرارات بين تحسين المعلمات والمقارنة مع البيانات البيولوجية. قام الباحثون ببناء النسخة الأولى من النموذج بدمج جميع العناصر الفيزيائية والبيولوجية المعروفة للنظام ، ثم قدموا معلمات محددة ضرورية لاختبار عدة فرضيات تتعلق بالمتغيرات غير المعروفة. قاموا بمحاكاة النتائج الفيزيائية والبيولوجية المحتملة التي أعادت إنتاج ديناميكيات البروتين وإنشاء التدرج في الخلية بشكل حسابي ، واختبروها في الحياة الواقعية باستخدام في التجارب المجراة باستخدام لدودة صغيرة ، الديدان الخيطية C. elegans.

تفاعلات البروتين المعقدة في اللعب

بفضل التفاعل المستمر بين النمذجة وبيولوجيا الخلية ، تمكن باحثو UNIGE من تحديد كيفية إنشاء التدرج PLK-1 والحفاظ عليه بمرور الوقت. في الواقع ، يجب أن يرتبط PLK-1 ديناميكيًا بـ MEX-5 ويفك ارتباطه ، وهو بروتين آخر مهم للتطور في جنين C. elegans ، لمواجهة ميله الطبيعي إلى الانتشار المتجانس في الخلية. يمتلك MEX-5 بالفعل القدرة على تغيير انتشاره اعتمادًا على موقعه داخل الخلية والتفاعل مع البروتينات الأخرى ، وهو أمر ضروري لإثراء PLK-1 عند الحاجة. “ولكن من المدهش تمامًا أن MEX-5 ليس بهذه الفعالية في مهمته ، حيث أن كمية كبيرة من PLK-1 غير مرتبطة بـ MEX-5” ، كما تشير صوفيا باربيري.

توفر هذه الدراسة نموذجًا كميًا فريدًا لفهم التفاعلات الديناميكية بين البروتينات ويمكن تكييفها مع الخلايا أو البروتينات الأخرى التي لا يمكن اختبار الآليات المعقدة لها من خلال تجارب بيولوجيا الخلية المعتادة. “يُظهر عملنا أن التعاون متعدد التخصصات مهم أكثر فأكثر للتقدم في البحث ،” تستنتج مونيكا جوتا.


الذكريات الموروثة لموقع الكروموسومات


معلومات اكثر:
تكشف نمذجة ديناميات البروتين في الأجنة أن التدرج اللوني PLK-1 يعتمد على آليات التفاعل والانتشار ضعيفة التقران ، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (2022). DOI: 10.1073 / pnas.2114205119.

مقدمة من
جامعة جنيف


الاقتباس: كيف تعمل الفيزياء والبيولوجيا معًا لاستكشاف آليات الحياة (2022 ، 7 مارس) ، تم استرداده في 7 مارس 2022 من https://phys.org/news/2022-03-physics-biology-explore-mechanisms-life.html

هذا المستند عرضة للحقوق التأليف والنشر. بصرف النظر عن أي تعامل عادل لغرض الدراسة أو البحث الخاص ، لا يجوز إعادة إنتاج أي جزء دون إذن كتابي. يتم توفير المحتوى لأغراض إعلامية فقط.

No comments:

Post a Comment

Powered by Blogger.

Search This Blog

Post Top Ad