Matematyczne modele mitozy
Finansowani przez UE naukowcy z ośmiu różnych krajów europejskich współpracowali pod egidą projektu MITOSYS (Systems biology of mitosis), aby stworzyć matematyczne modele mitotycznego podziału komórek u ludzi na poziomie systemowym. Badacze skoncentrowali się na czterech kluczowych aspektach mitozy — układaniu się wrzecion, punkcie kontrolnym i kinetochorach, segregacji chromosomów oraz wyjściu z mitozy. Uczestnicy projektu MITOSYS wygenerowali kinetyczne i ilościowe dane dotyczące białek mitotycznych przy użyciu obrazowania mikroskopowego, biochemii, biofizyki, technik pojedynczej molekuły i proteomiki. Zrekonstruowano kinetochory, ich subkompleksy i sygnałowe punkty kontrolne. Następnie naukowcy stworzyli modele matematyczne opisujące różne aspekty segregacji chromosomów. Na końcu procesu zaimplementowano matematyczny model wyjścia z mitozy. Naukowcy doświadczalnie przetestowali modele matematyczne mechanizmu naprawy błędów orientacji chromosomów oraz punktu kontrolnego tworzenia wrzeciona. Dokonali również ilościowej oceny przestrzennej kontroli biochemicznej sieci regulacyjnej i czasowego porządkowania zdarzeń mitotycznych (anafazy i cytokinezy). Wyniki te potwierdzono również eksperymentalnie. Integrując je, osiągnięto pełny model wszystkich faz mitozy, obejmujący poszczególne etapy i kluczowe czynniki regulatorowe cyklu komórkowego. Nawet po zakończeniu projektu trwają prace nad doskonaleniem i walidacją tych modeli. W projekcie MITOSYS powstały nowe technologie ułatwiające uzyskiwanie danych kinetycznych i ilościowych o funkcjach białek w komórkach ludzkich. Stworzono na przykład ilościowy system obrazowania mikroskopowego ze zautomatyzowanym pozyskiwaniem danych i ich analizą, co umożliwia wizualizację kluczowych białek mitotycznych. W październiku 2014 r. zorganizowano szkolenie z zakresu modelowania matematycznego. Wystawa dotycząca biologii systemów mitozy oraz jej istotności w zdrowiu i chorobie — "Soczewki życia" została przedstawiona w trzech europejskich miastach (Rzymie, Londynie i Heidelbergu) wraz z pokazami filmu dokumentalnego "Spotkania umysłów". Ważnym elementem wystaw jest nowatorski film dokumentalny poświęcony sztuce i nauce związanej z mitozą, który można zobaczyć na stronie internetowej projektu. Omawiane prace projektu MITOSYS doprowadziły do stworzenia metod opisu mitozy na poziomie systemowym, co stanowi bezprecedensowe osiągnięcie. Prawidłowy proces mitozy jest niezwykle ważny dla zdrowia. Potencjalne zastosowania zdobytej wiedzy obejmują wyjaśnienie patogenezy chorób i tworzenie leków.
Słowa kluczowe
Model matematyczny, mitoza, tworzenie się wrzeciona kariokinetycznego, kinetochor, tworzenie leków