Вычислительная модель человеческой клетки раскрывает новые детали обработки генетической информации
Исследователи создали первую вычислительную модель человеческой клетки и смоделировали её поведение в течение 15 минут — это самый длинный срок, достигнутый для биологической системы такой сложности. Новое моделирование показало влияние пространственной организации внутри клеток на генетические процессы, контролирующие регуляцию и развитие человеческих признаков, а также некоторых заболеваний.
Исследование, результатом которого стала новая вычислительная платформа, доступная любому учёному, опубликовано в журнале PLOS Computational Biology.
Новая платформа и её возможности
- Это первая программа, позволяющая исследователям создать виртуальную человеческую клетку и изменять химические реакции и геометрию, чтобы наблюдать клеточные процессы в реальном времени.
- Модель фокусируется на том, как движение отдельных молекул вокруг множества внутриклеточных препятствий влияет на химические реакции.
Тестирование на процессе сплайсинга РНК
Для проверки модели команда провела симуляцию процесса сплайсинга РНК — одного из самых сложных клеточных процессов, характерного для человеческой клетки.
- Сплайсинг РНК изменяет молекулы матричной РНК (mRNA), которые несут информацию от ДНК для образования белков.
- Процесс использует сложную клеточную машину — сплайсосому, — требующую перемещения предшественников и зрелых компонентов между высоко компартментализованными частями клетки.
Ключевое открытие
Симуляции выявили причину, по которой предшественники сплайсосомы перемещаются между ядром и цитоплазмой.
- Хотя это движение на первый взгляд кажется неэффективным, моделирование показывает, что оно необходимо для правильного сплайсинга РНК и, следовательно, синтеза белка.
- Сбои в синтезе белка могут приводить к заболеваниям, включая рак.
Гибкость модели и будущее
- Платформа позволяет моделировать различные клеточные процессы и полностью настраивается пользователем.
- Модель можно использовать, например, для наблюдения за образованием белков при изменённом сплайсинге, что может дать представление о развитии раковых клеток.
- Это наиболее полная модель человеческой клетки на сегодня, но у неё есть большой потенциал для развития.
- В будущем исследователи стремятся моделировать процессы в течение более длительного времени, включая все белки, необходимые для репликации генов, чтобы наблюдать деление клетки в реальном времени.