Русский

Анастасия Свешникова

MSU, Faculty of physics

Математическая модель рецептора 3 типа к инозитол-3-фосфату (IP3R3)

Рецептор к инозитол-1,4,5-трифосфату (IP3-рецептор) играет важную роль в кальциевой сигнализации клеток. При математическом моделировании преимущественно рассматривается IP3-рецептор 2 типа, а модель IP3 -рецептора 3 типа, учитывающая динамические свойства данного канала, не предложена. Целью настоящей работы является разработка математической модели IP3-рецептора 3 типа, учитывающей нелинейный характер зависимости активности рецептора от концентрации кальция и IP3 в цитозоле.

В работе предлагается система из шести независимых обыкновенных дифференциальных уравнений для описания развития кальциевого ответа на вызванную изменением концентрации IP3 активацию в системе с IP3 -рецептором 3 типа и кальциевой АТФазой SERCA2b. Параметры модели подбирались автоматически по ранее опубликованным экспериментальным данным.

В результате исследования показано, что в системе IP3R3-SERCA2b не наблюдается осцилляций в широком диапазоне параметров. Наиболее часто возникающим режимом функционирования системы является ответ «все-или-ничего», при котором в зависимости от концентрации IP3 либо не наблюдается мобилизации кальция, либо происходит полное опустошение кальциевых депо.

Таким образом, мы заключаем, что в условиях простейшей модели IP3R3 не демонстрирует способности к поддержанию кальциевых осцилляций, что согласуется с его предполагаемой ролью основного кальциевого канала сайтов контакта митохондрий с эндоплазматическим ретикулумом.

Схема модели кальциевой сигнализации (10)-(11). При активации клетки происходит повышение концентрации инозитол-1,4,5-трисфосфата (IP3) в цитозоле клетки (обозначен розовым). IP3 инициирует открытие канала-рецептора IP3R типа 3 в мембране ЭПР (обозначен синим), что приводит к выходу ионов кальция (зеленый кружок, Ca2+) из ЭПР в цитозоль. Кальциевая АТФаза (SERCA) катализирует обратный ток ионов Ca2+ из цитозоля в ЭПР. Голубой прямоугольник обозначает спонтанную утечку кальция из ЭПР в цитозоль.
0
0
#кальциевая сигнализация#инозитол-1,4,5-трифосфат#рецептор к инозитол-1,4,5-трифосфату 3 типа#компьютерное моделирование

Репарация плазматической мембраны, блеббинг и микровезикуляция: параллели и взаимосвязи

, ,

При активации или гибели клетки происходят деформации ее плазматической мембраны, которые грубо можно разделить на три категории. Первое явление, при котором происходит частичное локальное разрушение липидного бислоя и актинового кортекса и их последующее восстановление клеткой, относят к репарации мембраны. Вторая категория, при которой происходит образование выступающих наружу мембранных «пузырей», называется «блеббинг». И третья категория, при которой из плазматической мембраны образуются везикулы, содержащие белки мембраны и компоненты цитозоли, называется микровезикуляцией. Все эти явления играют важную роль в жизни организма: везикуляция является важным каналом обмена информацией между клетками, вместе с блеббингом она вносит существенный вклад в метастазирование опухолей, а нарушения репарации мембраны приводит к миодистрофиям. В литературе принято каждый из этих процессов изучать изолированно от других, хотя между ними есть множество параллелей и общих механизмов. Например, все три явления управляются перестройками актинового цитоскелета. В настоящем обзоре обсуждается вопрос, являются ли эти три процесса следствием одного и того же явления. Мы рассматриваем параллели, прослеживаемые в молекулярных механизмах этих явлений, которые приводят к гипотезе о возможности взаимообмена результатов исследований, посвященных процессам репарации мембраны, блеббинга и микровезикуляции.

Схема процессов репарации мембраны (А), блеббинга (Б) и микровезикуляции (В). Повреждение клеточной мембраны или активация клетки вызывает подъём кальция посредством его входа через разрыв мембраны или выхода из эндоплазматического ретикулума через каналы SERCA. Кальций вызывает цепь сигнальных событий, приводящую к активации GTPазы RhoA, которая активирует киназу ROCK, активирующую киназу LIMK, которая в свою очередь активирует миозин-II и кофилин, запуская формирование сократительных волокон. Под действием кальциевой сигнализации к месту повреждения также привлекаются белки ESCRT (см. текст). При активации клетки из-за усиленного актомиозинового сокращения поднимается внутриклеточное давление, что может запустить блеббинг или везикуляцию, вызвав отрыв мембраны от актинового кортекса. В нормальном состоянии мембрана фиксирована на актиновом кортексе при помощи белков ERM (ezrin, radixin, moesin).
0
0

Возможный подход к компьютерному моделированию формирования ламеллоподий тромбоцитов

Уважаемая редакция журнала Системная биология и физиология! В нашей предыдущей статье [1] была предложена компьютерная модель полимеризации актина при росте псевдоподии нейтрофила. В настоящем письме мы предлагаем вариант использования той же компьютерной модели для описания роста ламеллоподии тромбоцита.

Результаты расчетов, сделанных в предлагаемой компьютерной модели рости ламеллоподии. A. Типичная динамика роста ламеллоподии (k = 80 (M x s)-1, H = 3), синими стрелочками отмечены временные остановки роста. Б. Рассчетное распределение актина в модели, построенной с параметрами как на панели А. В. Электронная микрофотография распределения актина в ламеллоподии тромбоцита, воспроизведено из работы [6]. Г. Скорость роста ламеллоподии для данных, представленных на панели А. Д. Расчетная зависимость скорости роста ламеллоподии от скорости ветвления (константа k). Средние данные для n = 3 запусков модели. Стрелочка показывает значение k, при котором рост ламеллоподии останавливается, при бОльших значениях k рост не останавливался. На вставках показана плотность актина, размер квадрата 100 нм x 100 нм.
0
0

Точки опоры и сети внутриклеточной сигнализации тромбоцита

В этом выпуске Системной Биологии и Физиологии А.А. Мартьянов и М.А. Пантелеев представили обзор сети внутриклеточной сигнализации тромбоцитов, который является второй частью дискуссии на тему молекулярных взаимодействий между активацией тромбоцита и его ответами. Обзор содержит семь тысяч слов и двести ссылок, но при этом все еще полностью не закончен, так как остаются непонятными части сигнализации тромбоцитов, особенно, его ингибирование. Для упрощения восприятия паттерна активации тромбоцита я нарисовала схему сигнализации, основанную на обзоре и данных других авторов.

null
0
0

Минимальная математическая модель формирования псевдоподии нейтрофила во время хемотаксиса

Направленное движение нейтрофилов происходит благодаря быстрой полимеризации актина с формированием протрузиий, растущих вперед. В наших предыдущих работах мы наблюдали ослабленное движение нейтрофилов у пациентов с синдромом Вискотта-Олдрича (СВО) по сравнению со здоровыми донорами.

В этой работе мы задались целью объяснить ослабление хемотаксиса нейтрофилов у пациентов обсервационно, а также с помощью компьютерного моделирования линейных скоростей роста передней псевдоподии. Хемотаксис нейтрофила наблюдался с помощью мало-угловой флуоресцентной микроскопии в плоскопараллельных проточных камерах. Компьютерная модель была построена как сеть 2D стохастически полимеризующегося актина, управляемая близостью к клеточной мембране с ветвями от белков Arp2/3 и WASP.

Наблюдаемая линейная скорость формирования псевдоподии нейтрофила была 0,22 ± 0,04 мкм/с для здоровых доноров и 0,23 ± 0,08 мкм/с для пациентов с СВО. Модель убедительно описала скорость формирования псевдоподии. Для описания данных пациентов с СВО скорость ветвления (управляемое WASP) была изменена на порядок, что не значимо изменяло линейную скорость роста протрузии.

Мы делаем вывод, что предложенная математическая модель формирования псевдоподии нейтрофила описывает экспериментальные данные, но, в целом, данные о движении нейтрофилов не могут быть объяснены ростом псевдоподии.

Scheme of the computational model. (A) The scheme of stochastic events and species included in the model. A single F-actin filament is assumed to be straight and to be divided into segments. Each segment can be considered to be an actin monomer. New G-actin molecules can attach to and detach from the filament “barbed” end. It is assumed that the child filament begins to grow from the middle between two segments of F-actin at the angle of 70o.  If there is a branch growing from the F-actin segments, they are considered occupied and no branching can occur there. (B) The spatial restrictions on the filament growth and branching. The filaments can branch if the distance from the cell membrane is lesser than D. Filaments can grow if the distance from the cell membrane is lesser than H, where H > D.
0
0
#цитоскелет#нейтрофилы#актин#хемотаксис#синдром Вискотта-Олдрича

Существует значимая корреляция между гиперактивацией тромбоцитов и их потреблением при COVID-19. Пилотное исследование на пациентах из больницы ЦКБ РАН (г. Троицк)

, , , , , , , ,

Известно, что при COVID-19 избыточная свёртываемость крови и иногда тромбоцитопения, могут быть характерными для тяжёлого течения заболевания. При этом роль тромбоцитов в патогенезе COVID-19 весьма противоречива. В рамках настоящего исследования нашей задачей было определение степени гиперактивации тромбоцитов пациентов с COVID-19. В исследовании была использована проточная цитометрия цельной крови, окрашенной аннексином-V и лактадгерином («PS + тромбоциты»). Также была разработана стохастическая математическая модель производства и потребления тромбоцитов. Экспериментально было показано, что процент PS + тромбоцитов у пациентов с COVID-19 был в два раза выше, чем у здоровых доноров. При это была получена статистически значимая корреляция между количеством PS+ тромбоцитов и процентом повреждения легких у пациентов. Не было обнаружено никакой связи между гибелью тромбоцитов и терапией пациентов в стационарах. Доля PS+ тромбоцитов была повышена только у пациентов с хроническими заболеваниями лёгких. Хотя у пациентов не наблюдалось выраженных тромбоцитопений, наблюдаемое увеличение размера тромбоцитов (параметр FSC-A в проточной цитометрии) может указывать на то, что возраст тромбоцитов у пациентов был снижен. Разработанная компьютерная модель производства-утилизации тромбоцитов подтверждает возможность интенсивного потребления тромбоцитов без значимых изменений их количества. Таким образом, можно заключить, что наблюдаемая гиперактивация тромбоцитов при COVID-19 может быть вызвана активацией тромбоцитов в кровотоке, что приводит к их потреблению, но не вызывает значительную тромбоцитопению.

Компьютерная модель производства и потребления тромбоцитов при тромбозе, вызванном COVID-19. A - Подробная схема модели (наиболее чувствительные реакции выделены красным). B - Зависимость среднего количества тромбоцитов (зеленая кривая и точки) и размера тромбоцитов (красная кривая и точки) от индекса потребления тромбоцитов в модели. Количество и размер тромбоцитов при отсутствии потребления находятся в областях, выделенных зеленым и красным прямоугольниками соответственно. C - Распределение тромбоцитов по размеру при отсутствии (зеленые столбцы) и наличии (красные столбцы) потребления (с индексом потребления, установленным на 2). Усы на всех графиках представляют SD.
0
0
#КОВИД-19#тромбоциты#свертывание#воспаление#гиперактивация

Функциональные ответы тромбоцитов и внутриклеточная сигнализация: молекулярные связи. Часть 1: ответы

, ,

Тромбоциты крови – небольшие безъядерные клетки, основная задача которых – формирование «пробки» для предотвращения кровотечения при нарушении целостности кровеносных сосудов. Выполнение данной роли подразумевает набор функциональных ответов, индуцируемых различными агонистами и координируемых внутренней сетью передачи молекулярного сигнала. Понимание устройства данной сети является ключевой задачей как для фундаментальных исследований, так и для идентификации новых терапевтических мишеней при нарушениях системы гемостаза. Данная серия обзоров будет посвящена регуляции внутриклеточной сигнализации в тромбоцитах, исследованию молекулярной связи между активацией рецепторов и функциональными ответами тромбоцитов, а также о влиянии сигнальных путей друг на друга. Настоящая статья, первая из двух, сосредоточена на описании функциональных ответов тромбоцитов и условий, при которых они происходят.

Функциональные ответы тромбоцитов при формировании артериального тромба.
0
0
#гемостаз#активация тромбоцита#внутриклеточная сигнализация тромбоцита#тромбоз#тромбообразование