Русский

Моделирование агрегации тромбоцитов с помощью клеточного автомата

Агрегация тромбоцитов является важным процессом, отвечающим за своевременную остановку кровотечения. Одним из инструментов, позволяющих изучать данную систему, является компьютерное моделирование. Использование клеточного автомата в качестве модели дает возможность как изучать динамику отдельных агрегатов, так и исследовать поведение системы в целом. Целью данной работы было изучение агрегации тромбоцитов с помощью модели на основе клеточного автомата.  В результате была построена модель агрегации тромбоцитов, включающую в себя 4 процесса: диффузию, активацию, агрегацию и дезагрегацию с дальнейшим усложнением в виде добавления гидродинамического потока. Было показано, что в условиях потока основную массу агрегатов составляют димеры и тримеры, тогда как агрегаты больших размеров встречаются гораздо реже.

Блок-схема ключевых этапов работы алгоритма
419
0
#агрегация тромбоцитов#математическое моделирование#клеточный автомат

Аннексин V: связывающийся с мембраной белок с разнообразными функциями

Аннексин V – это эукариотический белок семейства аннексинов, который способен обратимо связываться сфосфолипидными мембранами кальций-зависимым образом. Он обладает сложным механизмом связывания с мембраной, который включает формирование двумерной сетки из тримеров аннексина и значительное изменение структуры мембраны. Конкретные функции аннексина V значительно неизучены, хотя предполагается его участие в свертывании крови, процессе восстановления мембраны и активности канала для ионов кальция. Использование аннексина V как маркера фосфатидилсерин-положительных клеток в in vitro и in vivo исследованиях критически важно для понимания роли этого белка в клеточных процессах.

Данный обзор сфокусирован на структуре аннексина V и механизмах и кинетике его связывания с мембраной. Специфичность липида и процесс мультимеризации будет описан в полной мере. Наконец, будут обсуждены некоторые предполагаемые функции аннексина V, включая ингибирование свертывания крови и влияние на активность транспорта ионов кальция.

2 631
0
#аннексин А5#мембранные взаимодействия#кальциевый канал#ингибирование коагуляции

Подходы к визуализации динамики микротрубочек in vitro

Тубулиновые микротрубочки внутри клетки выполняют множество различных функций благодаря своим уникальным свойствам. Динамическая нестабильность, т.е. спонтанное переключение между фазами полимеризации и деполимеризации, вместе с особыми механическими свойствами делает их непохожими на другие элементы цитоскелета. Больше 30-ти лет решаются разнообразные биофизические задачи, связанные с тем, какой механизм лежит в основе тех или иных свойств микротрубочек. Благодаря развитию световой микроскопии, в том числе, методов, позволяющих улучшить контраст биологических образцов, сделаны многочисленные открытия в данной области. Многие из них не только проливают свет на природу динамической нестабильности, но и на механизмы её регуляции различными молекулами. Одни из наиболее новых экспериментальных данных позволяют сделать вывод о наличии динамического поведения самого тела микротрубочки. В этой связи флуоресцентная и атомно-силовая микроскопия во многом незаменимы. В то же время, различные методы нефлуоресцентной микроскопии, в том числе, их современные реализации в виде микроскопии сверхразрешения, позволяют взглянуть на динамику микротрубочек на новом, субнанометровом уровне.

Количество работ, посвященных (или затрагивающих) изучение микротрубочек с помощью основных методов световой и атомно-силовой микроскопии, опубликованных к определённому моменту с 1977 по 2022 год.  Сумма статей считалась с окном в 5 лет с помощью базы данных PubMed по запросам, включающим слова «microtubules» и название соответствующего метода микроскопии (флуоресцентная микроскопия полного внутреннего отражения, «TIRF» (от англ. total internal reflection fluorescence), атомно-силовая микроскопия «АСМ», дифференциальная интерференционно-контрастная микроскопия («ДИК» или «DIC»), микроскопия тёмного поля или «dark-field».
2 146
0
#микротрубочки#световая микроскопия#атомно-силовая микроскопия#динамическая нестабильность#тубулин#ассоциированные белки

Механизмы стабилизации объема эритроцитов человека

Функциональная полноценность эритроцитов определяется высокой деформируемостью этих клеток, позволяющей им проходить по узким тканевым капиллярам. Высокая деформируемость эритроцитов обеспечивается благодаря поддержанию дисковидной формы при оптимальном соотношении между площадью поверхности и объемом клетки. В свою очередь, это соотношение поддерживается за счет стабилизации клеточного объема при заданной площади поверхности клетки. В работе с помощью математического моделирования исследовалась роль транспортной Na/K-АТФазы, активируемых кальцием калиевых каналов и метаболизма аденилатов в стабилизации объема эритроцитов человека при увеличении проницаемости клеточной мембраны для катионов. При этом учитывался вклад метаболитов гликолиза и аденилатов в осмотическое давление цитоплазмы. Показано, что наличие в клетке Na/K-АТФазы и двух противоположно направленных градиентов ионов Na+ и K+ позволяет значительно улучшить стабилизацию клеточного объема при увеличении проницаемости клеточной мембраны, по сравнению с гипотетическими клетками, в которых осмотический баланс между клеткой и средой достигается за счет градиента только одного иона (Na+). В этом случае объем эритроцита отклоняется от оптимального значения не более, чем на 10% при изменении проницаемости клеточной мембраны от 50 до 200 % от нормы. При наличии Na/K-АТФазы и активируемых кальцием калиевых каналов объем эритроцита отклоняется от оптимального значения не более, чем на 10% при изменении проницаемости клеточной мембраны от 50 до 850 % от нормы. Однако, в этом случае значительно (в несколько раз) могут изменяться внутриклеточные концентрации ионов. Система метаболизма аденилатов может обеспечить дополнительную регуляцию транспортных АТФаз в клетке за счет регуляции внутриклеточного уровня АТФ. При этом достигается стабилизация стационарных значений внутриклеточных концентраций ионов (ионный гомеостаз) и клеточного объема в пределах изменения проницаемости клеточной мембраны от 50 до 1500 % от нормы. В этом случае, однако, объем и внутриклеточные концентрации ионов могут сильно отклоняться от стабилизируемых значений при переходных процессах. Совместное функционирование транспортных систем и метаболизма аденилатов позволяет обеспечить ионный гомеостаз и эффективную стабилизацию объема эритроцитов (в пределах 5% отклонения от оптимального значения) как в стационарном режиме, так и при переходных процессах при увеличении проницаемости клеточной мембраны до 10-15 раз по сравнению с нормой.

Взаимодействие транспортных и метаболических систем в эритроцитах человека.  Сплошные лиловые стрелки показывают активные потоки, а пунктирные стрелки - пассивные потоки ионов через клеточную мембрану. Размер символов для ионов внутри и снаружи клетки пропорционален их концентрации. Синими кружками показаны транспортные Na/K-АТФаза и Ca-АТФаза. Синим прямоугольником показан активируемый кальцием калиевый канал (канал Гардоса). Красные стрелки показывают активирующее (+) и ингибирующее (-) влияние ионов и аденилатов на соответствующие транспортные и метаболические процессы. Зелеными стрелками показаны взаимопревращения между АТФ, АДФ и АМФ.
3 124
0
#эритроциты#метаболизм#ионный канал

Systems Biology and Physiology Reports в 2021 году: годовой отчет

Уважаемые коллеги!

Я счастлив приветствовать всех читателей, редакторов, рецензентов и издателей SBPReports в канун наступающего 2022 года. Я благодарю всех вас за ваш вклад в создание этого журнала и его работу, продолжающуюся несмотря на все трудности, с которыми нам приходится сталкиваться как новому независимому журналу в век доминирования крупных издателей, научных сообществ и систем цитирования. Пожалуйста, примите мои искренние пожелания в наступающем 2022 году достичь высот как в профессиональных, так и в личных начинаниях!

2 405
0

Первый год публикации журнала открытого доступа: неудачи, ожидания, планы на светлое будущее

Методы in silico стали удобным и эффективным инструментом для изучения природных феноменов на различных уровнях. Тем не менее, в отличие от таких областей, как экономика и физика, биология и физиология всегда со значительной неохотой принимали новые системные подходы. Так как научные статьи являются одной из ключевых метрик современного научного сообщества, количество журналов, посвященных одной теме, может служить хорошим маркером для оценки влияния конкретного предмета обсуждения в обществе. Безусловно, существуют уважаемые журналы, как PLOS Computational Biology или Journal of Theoretical Biology, однако их основным фокусом являются общебиологические феномены, в то время как вопросы физиологии и патофизиологии зачастую оказываются незамеченными. С другой стороны, количество работ по компьютерной биологии значительно растет от около 12000 работ, опубликованных в 2010 году, до около 28000 в 2020 (поиск по ключевой фразе “computational model” в базе PubMed). Принимая во внимание все вышеописанное и наш значительный опыт в различных областях компьютерной физиологии, наша команда решила, что будет ошибкой упустить возможность занять эту нишу. Таким образом, мы, группа коллег-ученых, в конце 2019 года решили создать наш собственный журнал – Системную Биологию и Физиологию. Это обращение издателя – попытка описать наш непростой первый год работы в издании научного журнала открытого доступа.

1 769
0

О факторах влияния на исследования сигнализации тромбоцитов с помощью кальциевых флуорофоров

Наблюдение кальциевой сигнализации в тромбоцитах – клеток крови, вовлеченных в остановку кровотечения и формирование кровяных сгустков – важная часть фундаментальных исследований гемостаза. Такие исследования возможны благодаря использованию лишь кальциевых флуорофоров – маленьких молекул, которые проникают через клеточную мембрану благодаря гидрофобной -АМ части, которая затем гилролизуется эстеразами в цитозоле. В этой работе мы предполагаем феномен негомогенной загрузки кальциевых флуорофоров в тромбоциты.

Мы использовали тромбоциты здоровых взрослых доноров, загруженные разными флуоресцентными красками (CalBryte590, DiOC6 (3), Fura Red, Fluo-4 and CellTracker Violet BMQC) и иммобилизованные на антитела к CD31 в плоскопараллельных проточных камерах. Микроскопия полного внутреннего отражения (TIRF) была использована.

Мы продемонстрировали, что все исследуемые краски загружались гетерогенно: 30% тромбоцитов загружались в тромбоциты в 2-6 раз выше, чем медианное значение по популяции. Используя CalBryte590 как пример, мы показали, что снижение температуры инкубации, добавление Pluronic 127 в среду, удаление холестерола из мембраны значительно снижает гетерогенность распределения краски в популяции. Оценивая активацию тромбоцитов на поверхности, мы показали, что вероятность наблюдения сильной активации, измеренная по интенсивности осцилляций кальция, коррелирует с количеством краски в тромбоците. Таким образом, мы заключаем, что тип используемого флуорофора и условия его загрузки может значимо влиять на результаты экспериментов по наблюдению кальциевой сигнализации в тромбоцитах.

null
4 454
0
#тромбоциты#кальциевые флуорофоры#мембрана#флуоресцентные краски#внутриклеточная сигнализация

Иммунная тромбоцитопения: что может предложить системная биология и системная физиология?

, ,

Иммунная тромбоцитопения (ИТП) – приобретенное аутоиммунное заболевание. Причины ИТП могут быть связаны с другими заболеваниями (вирусными, бактериальными или системными), или ИТП может развиваться без видимой на то причины. В то время как механизмы дисрегуляции иммунной системы при ИТП описаны, этиология заболевания остается непонятной. Кроме того, все существующие подходы к лечению неспецифичны для ИТП, и эффект терапии пациент-специфичен. В этой работе мы описываем предполагаемые причины и механизмы развития ИТП и обсуждаем новейшие экспериментальные и теоретические подходы к диагностике ИТП и предсказанию эффективности терапии.

null
6 209
0
#аутоиммунитет#ИТП#тромбоциты#острая/хроническая ИТП#компьютерное моделирование#мышиные модели

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
3 105
0

Функциональные ответы тромбоцитов и внутриклеточная сигнализация: молекулярные взаимоотношения. Часть 2: Рецепторы

Маленькие безъядерные клетки, тромбоциты, в основном предназначены для образования агрегатов при повреждении сосудов, что позволяет остановить кровотечение. Для выполнения этой функции, тромбоциты способны реализовывать ряд функциональных ответов, индуцируемых различными агонистами и координируемых сложной сетью внутриклеточной сигнализации, запускаемой десятком разнообразных рецепторов. Настоящий обзор, второй из серии, описывает известные пути внутриклеточной сигнализации, индуцируемые тромбоцитарными рецепторами в ответ на канонические и редкие агонисты. Особый фокус будет сделан на точках взаимодействия и «синергии» путей активации тромбоцита, и промежуточных или «вторичных» посредниках активации, передающих сигнал к функциональным проявлениям.

Разные степени активации тромбоцитов при гемостазе. При слабой активации тромбоциты переходят в слабоактивированное состояние, при котором не происходит кластеризации тромбоцитарных интегринов и значимое изменение формы тромбоцитов. Данная слабая активация является обратимой и соответствует состоянию тромбоцитов в «шубе» тромба. При более сильной активации происходит значительное изменение формы, необратимая активация и агрегация тромбоцитов. Также происходит секреция тромбоцитарных гранул. При максимальной степени активации происходит коллапс митохондрий тромбоцитов и тромбоциты переходят в прокоагулянтное состояние, выставляя фосфатидилсерин. Таким образом, прокоагулянтные тромбоциты значительно ускоряют плазменное звено гемостаза.
17 829
0
#тромбоциты#внутриклеточная сигнализация#физиология
Illuminating the nature of complex systems