2020-03-26 05:32:01
计算人类细胞揭示了遗传信息处理的新见解

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研究人员开发了第一个人体细胞计算模型,并模拟了15分钟的行为,这是这种复杂的生物系统所能达到的最长时间。在一项新的研究中,模拟揭示了细胞内空间组织对某些遗传过程的影响,这些遗传过程控制着人类特征和某些人类疾病的调控和发展。

该研究产生了一个新的计算平台,任何研究人员均可使用,该研究发表在《 PLOS计算生物学》杂志上。

伊利诺伊大学香槟分校的首席科学家Zhaleh Ghaemi说:“这是第一个允许研究人员建立虚拟人类细胞并改变化学反应和几何结构以实时观察细胞过程的程序。”研究。

由美国化学大学教授扎伊达·路德·舒尔滕(Zaida Luthey-Schulten)领导的小组研究了细胞内部充满各种细胞器和分子的概念,重点研究了围绕许多障碍物的单个分子的运动如何影响内部的化学反应。细胞。

为了测试新模型,研究人员说,该团队对称为RNA剪接的过程进行了模拟,该过程是最复杂的细胞过程之一,也是人类细胞生物学的标志。

Ghaemi说:“ RNA剪接改变了信使RNA分子,该信使RNA分子携带了DNA形成蛋白质所需的信息。” “该过程使用复杂的细胞机器-剪接体-要求将前体和成熟成分运输到高度分隔的细胞周围。这使得RNA剪接成为研究空间排列如何影响细胞发生的各种化学反应的理想选择。细胞。”

研究人员说,新的模拟揭示了剪接体前体为何在细胞核和细胞质区室之间移动的理由。

化学教授兼研究论文的共同作者马丁·格鲁贝勒说:“尽管乍一看这种运动似乎效率低下,而且违反直觉,但我们的模拟表明它们对于正确的RNA剪接以及蛋白质合成至关重要。” “蛋白质合成出现问题时,会导致疾病,包括癌症。”

研究人员设计了计算平台,以对各种细胞过程进行建模,同时研究人员可以完全定制该平台。 Luthey-Schulten说:“例如,我们可以使用该模型观察如果RNA剪接过程仅去除DNA序列的两个部分而不是三个部分,将形成什么类型的蛋白质。” “这可以提供有关不同蛋白质如何形成并影响癌细胞发展的见解。”

研究人员说,尽管计算模型是迄今为止最全面的人类细胞模型,但仍有足够的发展和定制空间来研究其他细胞过程。

“这种模拟使我们能够观察到15分钟的RNA剪接,” Gruebele说。 “最终,我们希望能够运行该程序更长的时间,并包含基因复制所需的所有蛋白质,从而使我们能够实时观察细胞分裂。我们团队以及其他团队的可能性,因为程序是开放访问的-无止境的。”

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