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.

Окислительный стресс, приводящий к окислительной модификации различных макромолекул, в том числе белков, сейчас рассматривается в качестве важного патогенетического звена многих заболеваний. В работе спектрофлуориметрическим методом изучено окислительное повреждение белка плазмы крови – бычьего сывороточного альбумина БСА – под действием окислительного агента – перекиси водорода H₂O₂. Показано зависимое от концентрации H₂O₂ тушение собственной флуоресценции БСА. Методами математического моделирования рассчитаны константы тушения флуоресценции БСА в растворах перекиси водорода. Обнаруженные зависимости в константах тушения флуоресценции объяснены как окислительным повреждением микроокружения триптофановых остатков БСА, так и изменением нативной конформации белковых глобул при окислительном повреждении. Более значительное перекисное повреждение БСА происходит при более низких значениях pH в связи тем, что H₂O₂ как окислитель действует сильнее в кислой среде. Зарегистрированное тушение собственной флуоресценции белка при повреждении окислительным агентом может быть использовано как медицинский метод оценки уровня окислительного стресса в организме при диагностике ряда заболеваний.

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.

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.

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.

Депо-управляемый вход кальция (SOCE) играет важную роль в функционировании тромбоцитов. Считается, что механизм SOCE основан на прямом взаимодействии белков STIM1 и ORAI1 со специфической стехиометрией STIM1:ORAI1. Однако в тромбоцитах может осуществляться другой путь. Целью данной работы было исследование механизмов SOCE в тромбоцитах. Мы разработали решеточную математическую модель, которая отражает взаимодействие STIM1-ORAI1, и применили ее как к клеткам HEK, где механизм SOCE хорошо установлен, так и к тромбоцитам. Модель смогла успешно описать поведение STIM1-ORAI1 в клетках HEK. Мы использовали те же параметры для взаимодействия белков и применили их к тромбоцитам. В результате мы продемонстрировали, что количество белков STIM1 на мембране ЭПР не может обеспечить необходимую стехиометрию для правильного депо-управляемого входа кальция в тромбоцитах.