Opis projektu
Symulacja agentowa pomoże wyjaśnić zachowanie kondensatów biomolekularnych
Organizmy składają się w dużej mierze z wody, a także z biocząsteczek, związków chemicznych i jonów. Wewnątrz komórek elementy składowe tworzą różne układy, które realizują różne funkcje i działania. Choć duże układy są często otoczone błoną komórkową, mniejsze układy powstają spontanicznie w wyniku oddziaływań pomiędzy rozproszonymi cząsteczkami. W rezultacie te biomolekularne kondensaty zachowują się podobnie do kropli cieczy. Ich nieprawidłowe działanie odgrywa pewną rolę w rozwoju chorób, w tym choroby Alzheimera, choroby Parkinsona i nowotworów. Zespół finansowanego przez UE projektu EmulSim zbada, w jaki sposób zdrowe komórki kontrolują swoje kondensaty niezależnie od skali, aby odkryć przyczyny ich nieprawidłowego funkcjonowania w stanach chorobowych. Nowe informacje przyczynią się do opracowania nowatorskich ram symulacji agentowych, które przyczynią się do rozwoju nowych leków.
Cel
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.
Dziedzina nauki
Słowa kluczowe
Program(-y)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Temat(-y)
System finansowania
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstytucja przyjmująca
80539 Munchen
Niemcy