يوضح هذا البروتوكول كيفية استخدام Cytosim ، وهي محاكاة للهيكل الخلوي مفتوح المصدر ، للتحقيق في سلوك شبكة من الخيوط المتصلة بالمحركات الجزيئية والروابط المتشابكة السلبية. يتم اتباع سير عمل عام مع إرشادات خطوة بخطوة لتغيير عدد الروابط المتشابكة ورسم انقباض الشبكة الناتج.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
سير عمل نموذجي لمحاكاة أنظمة الهيكل الخلوي
* These authors contributed equally
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
أصبحت العديد من أنظمة الهيكل الخلوي معروفة الآن بما فيه الكفاية للسماح بنمذجتها الكمية الدقيقة. تتميز خيوط الأنابيب الدقيقة والأكتين جيدا ، وغالبا ما تكون البروتينات المرتبطة بها معروفة ، بالإضافة إلى وفرة الأنابيب والتفاعلات بين هذه العناصر. وبالتالي ، يمكن استخدام المحاكاة الحاسوبية للتحقيق في السلوك الجماعي للنظام بدقة ، بطريقة مكملة للتجارب. Cytosim عبارة عن مجموعة محاكاة للهيكل الخلوي مفتوحة المصدر مصممة للتعامل مع أنظمة كبيرة من الخيوط المرنة مع البروتينات المرتبطة بها مثل المحركات الجزيئية. كما يوفر إمكانية محاكاة الروابط المتشابكة السلبية ، والروابط المتشابكة القابلة للانتشار ، والنواة ، والقواطع ، والإصدارات المنفصلة من المحركات التي تخطو فقط على مواقع الشبكة غير المأهولة على خيوط. تكمل الكائنات الأخرى الخيوط من خلال تقديم هندسة كروية أو أكثر تعقيدا يمكن استخدامها لتمثيل الكروموسومات أو النواة أو الحويصلات في الخلية.
يقدم Cytosim أدوات سطر أوامر بسيطة لتشغيل المحاكاة وعرض نتائجها ، وهي متعددة الاستخدامات ولا تتطلب مهارات البرمجة. في سير العمل هذا ، يتم إعطاء إرشادات خطوة بخطوة من أجل أ) تثبيت البيئة اللازمة على جهاز كمبيوتر جديد ، ب) تكوين Cytosim لمحاكاة تقلص شبكة actomyosin ثنائية الأبعاد ، و iii) إنتاج تمثيل مرئي للنظام. بعد ذلك ، يتم فحص النظام عن طريق التغيير المنهجي لمعلمة رئيسية: عدد الروابط المتقاطعة. أخيرا ، يتم استكمال التمثيل المرئي للنظام من خلال القياس الكمي العددي للانقباض لعرض ، في رسم بياني ، كيف يعتمد الانقباض على تكوين النظام. بشكل عام ، تشكل هذه الخطوات المختلفة سير عمل نموذجيا يمكن تطبيقه مع القليل من التعديلات لمعالجة العديد من المشكلات الأخرى في مجال الهيكل الخلوي.
المقدمة
يتكون الهيكل الخلوي من خيوط داخل الخلية والجزيئات المرتبطة بها مثل المحركات الجزيئية ، والتي غالبا ما تشكل شبكة ديناميكية ذات خصائص ميكانيكية رائعة. يوجد الهيكل الخلوي في تكوينات مختلفة في أنواع مختلفة من الخلايا عبر جميع أشكال الحياة تقريبا. يعد عملها الصحيح ضروريا للعمليات الخلوية الأساسية مثل الانقسام والحركة والاستقطاب. كما أنه يتحكم في التفاعلات الميكانيكية من خلية إلى أخرى ، وبالتالي يؤثر على تشكل الأنسجة والكائنات الحية. الهيكل الخلوي يكمن وراء العديد من الوظائف ويتجلى في العديد من العمليات البيولوجية. على سبيل المثال ، يرتبط تقلص العضلات بضربة القوة للمحركات الجزيئية للميوسين على خيوط الأكتين. مثال آخر هو صيانة الخلايا العصبية....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
ملاحظة: يتكون البروتوكول من الخطوات التالية: إعداد النظام الأساسي لنظام التشغيل Windows 10 و MacOS و Linux ؛ تركيب Cytosim ؛ تكوين المحاكاة وتشغيل الاختبار والعرض الرسومي ؛ عمليات تشغيل متعددة ، وتغيير المعلمة: عدد الروابط المتقاطعة في الشبكة ؛ إنشاء رسم بياني لعرض كيفية تأثر الانقباض بعدد الروابط المتشابكة؛ أشواط متوازية وأخذ العينات العشوائية. كل النصوص التي تلي ">" هي أوامر يجب إدخالها حرفيا في نافذة المحطة الطرفية. يمثل ">" موجه المحطة الطرفية ويجب عدم تضمينه، ولكن جميع الأحرف الأخرى مهمة.
1. إعداد المنصة
ملاحظة: وفقا لنظام التشغيل (MacOS أو Windows 10 أو Linux)، اتبع الخطوة 1.1 أو الخطوة 1.2 أ....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
في القسم 2 ، يجب أن ينتج عن التجميع الناجح ل Cytosim باستخدام "make" sim والتشغيل والتقرير في الدليل الفرعي "bin". يجب أن يشير إخراج الخطوة 2.3 ("معلومات sim") إلى "البعد: 2" من بين أشياء أخرى. في القسم 3 ، يجب أن يكون ملف التكوين مشابها ل jove.cym ، المتوفر كملف تكميلي 1. في القسم 4 ، يجبأن يكون السحرة الذين تم الحصول عليهم في الخطوة 4.8 من عمليات المحاكاة مشابهين لتلك الموضحة في الشكل 2. تظهر صفحة ملخص HTML التي تم الحصول عليها في الخطوة 4.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
تعتمد الطريقة الموضحة في هذه المقالة على ثلاثة برامج Python صغيرة ومستقلة ، والتي تم استخدامها بطرق مختلفة في جميع أنحاء البروتوكول الموصوف. التكوين المسبق للبرنامج النصي الأول هو أداة متعددة الاستخدامات يمكن أن تحل محل الحاجة إلى كتابة نصوص Python المخصصة27. يتم استخدامه لإنشاء ملفات تكوين متعددة من ملف قالب واحد ، مع تحديد المعلمة التي يجب أن تكون متنوعة وكيف يجب أن تتنوع. لتغيير معلمات متعددة ، يمكن للمرء ببساطة إضافة المزيد من مقتطفات التعليمات البرمجية إلى ملف القالب ، وسيقوم الت.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
ويعلن أصحاب البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.
شكر وتقدير
نشكر أعضاء نادي النمذجة SLCU ، وخاصة Tamsin Spelman و Renske Vroomans و Cameron Gibson و Genevieve Hines و Euan Smithers ، وغيرهم من المختبرين التجريبيين للبروتوكول ، Wei Xiang Chew ، و Daniel Cortes ، و Ronen Zaidel-Bar ، و Aman Soni ، و Chaitanya Athale ، و Kim Bellingham-Johnston ، و Serge Dmitrieff ، و Gaëlle Létort ، و Ghislain de Labbey. نحن نقدر الدعم المقدم من مؤسسة غاتسبي الخيرية (Grant PTAG-024) ومجلس البحوث الأوروبي (ERC Synergy Grant ، المشروع 951430).
....الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| macOS | أو Windows 10 أو Linux | ||
| config.cym.tpl | للكمبيوتر الشخصي ؛ https://gitlab.com/f-nedelec/cytosim.git | ||
| jove.cym | ملف تكوين Cytosim | ||
| make_page.py | برنامج Python النصي ؛ https://github.com/nedelec/make_page.py | ||
| التكوين | المسبقنص بايثون ؛ https://github.com/nedelec/preconfig | ||
| scan.py | برنامج Python النصي ؛ https://github.com/nedelec/scan.py |
المراجع
- Chugh, P., Paluch, E. K. The actin cortex at a glance. Journal of Cell Science. 131 (14), (2018).
- Elliott, A., Shaw, S. L. Update: Plant cortical microtubule arrays. Plant Physiology. 176 (1), 94-105 (2018).
- Odde, D. J.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
الوسوم
