Descrizione del progetto
Una simulazione basata su agenti contribuirà a spiegare il comportamento dei condensati biomolecolari
Gli organismi sono costituiti in gran parte da acqua nella quale si trovano molte biomolecole, composti e ioni. All’interno delle cellule, questi costituenti formano diversi compartimenti per svolgere le loro funzioni. Mentre i compartimenti di grandi dimensioni sono spesso circondati da una membrana, la maggior parte dei compartimenti più piccoli si forma spontaneamente dalle interazioni tra le molecole disperse. Di conseguenza, questi condensati biomolecolari si comportano in modo simile a gocce liquide e dal loro malfunzionamento dipendono malattie come l’Alzheimer, il Parkinson e il cancro. Il progetto EmulSim, finanziato dall’UE, studierà il modo in cui le cellule sane controllano i loro condensati su tutte le scale di lunghezza, per chiarire come questi diventino malfunzionanti negli stati di malattia. Le conoscenze acquisite consentiranno di elaborare un nuovo quadro di simulazione basato su agenti a sostegno dello sviluppo di nuove terapie.
Obiettivo
Biological cells consist of a myriad of interacting biomolecules that collectively arrange in stable structures. For example, molecules undergo phase separation to form so-called biomolecular condensates. We now know that malfunctioning condensates can cause diseases like Alzheimer’s, Parkinson’s, and cancer. Yet, we do not understand how condensates become malfunctioning and how healthy cells control them. Some challenges in understanding condensate dynamics are that cells are heterogeneous, have complex material properties, and exhibit significant thermal fluctuations. Biological cells are also alive and use fuel molecules to control processes actively. I recently showed that active chemical reactions could generally affect the dynamics of droplets. However, it is unclear how such active droplets behave in the complex environments inside cells.
EmulSim will study how cells control biomolecular condensates and provide a novel integrated simulation method incorporating relevant processes on all length scales. On the scale of individual droplets, I will investigate the influence of driven reactions and elastic material properties of droplets. On the cellular scale, I will study the effect of the elastic cytoskeleton and the presence of multiple compartments. For each of these processes, I will derive experimentally verified models using examples of relevant biological processes, including cell division, chromatin organization, and signaling. Combining the physical theories for these critical processes will culminate in an agent-based model describing a collection of droplets, ultimately also including number fluctuations. This novel simulation framework will model biomolecular condensates in their cellular environment. Taken together, EmulSim will propel our understanding of biomolecular condensates and lay the ground for the development of novel therapies in medicine.
Campo scientifico
Parole chiave
Programma(i)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsIstituzione ospitante
80539 Munchen
Germania