Un flujo de trabajo típico para simular sistemas de citoesqueletos

Resumen

Este protocolo demuestra cómo utilizar Cytosim, una simulación de citoesqueleto de código abierto, para investigar el comportamiento de una red de filamentos conectados por motores moleculares y reticulantes pasivos. Se sigue un flujo de trabajo genérico con instrucciones paso a paso para variar el número de reticulantes y trazar la contractilidad de la red resultante.

Resumen

Muchos sistemas del citoesqueleto son ahora lo suficientemente conocidos como para permitir su modelado cuantitativo preciso. Los filamentos de microtúbulos y actina están bien caracterizados, y a menudo se conocen las proteínas asociadas, así como su abundancia y las interacciones entre estos elementos. Por lo tanto, las simulaciones por computadora se pueden utilizar para investigar el comportamiento colectivo del sistema con precisión, de una manera complementaria a los experimentos. Cytosim es una suite de simulación de citoesqueletos de código abierto diseñada para manejar grandes sistemas de filamentos flexibles con proteínas asociadas, como motores moleculares. También ofrece la posibilidad de simular reticulantes pasivos, reticulantes difusibles, nucleadores, cortadores y versiones discretas de los motores que solo pisan sitios de celosía desocupados en un filamento. Otros objetos complementan los filamentos ofreciendo una geometría esférica o más complicada que se puede utilizar para representar los cromosomas, el núcleo o las vesículas de la célula.

Cytosim ofrece herramientas sencillas de línea de comandos para ejecutar una simulación y mostrar sus resultados, que son versátiles y no requieren conocimientos de programación. En este flujo de trabajo, se dan instrucciones paso a paso para i) instalar el entorno necesario en una computadora nueva, ii) configurar Cytosim para simular la contracción de una red 2D de actomiosina, y iii) producir una representación visual del sistema. A continuación, se sondea el sistema variando sistemáticamente un parámetro clave: el número de reticulantes. Finalmente, la representación visual del sistema se complementa con la cuantificación numérica de la contractilidad para visualizar, en un gráfico, cómo la contractilidad depende de la composición del sistema. En general, estos diferentes pasos constituyen un flujo de trabajo típico que se puede aplicar con pocas modificaciones para abordar muchos otros problemas en el campo del citoesqueleto.

Introducción

El citoesqueleto está formado por filamentos dentro de la célula y moléculas asociadas, como motores moleculares, que a menudo constituyen una malla dinámica con notables propiedades mecánicas. El citoesqueleto existe en varias configuraciones en diferentes tipos de células en casi todas las formas de vida. Su correcto funcionamiento es esencial para procesos celulares fundamentales como la división, la motilidad y la polarización. También gobierna las interacciones mecánicas de célula a célula, influyendo así en la morfogénesis de tejidos y organismos. El citoesqueleto subyace a varias funciones y se manifiesta en muchos procesos bio....

Protocolo

NOTA: El protocolo consta de estos pasos: preparación de la plataforma para Windows 10, MacOS y Linux; la instalación de Cytosim; configuración de la simulación y la ejecución de la prueba y de la visualización gráfica; múltiples corridas, variando un parámetro: el número de reticulantes en la red; generar un gráfico para ver cómo la contractilidad se ve afectada por el número de reticulantes; corridas paralelas; y muestreo aleatorio. Todo el texto que sigue a un ">" son comandos que deben introducirse literalmente en la ventana del terminal. El ">" representa el símbolo del sistema del terminal y no debe incluirse, pero todos los demás caracteres son importantes.

....

Resultados

En la sección 2, la compilación exitosa de Cytosim usando "make" debería producir sim, play e report en el subdirectorio "bin". La salida del paso 2.3 ("sim info") debe indicar, entre otras cosas, "Dimensión: 2". En la sección 3, el fichero de configuración debe ser similar a jove.cym, proporcionado como Fichero Complementario 1. En la sección 4, losmagos obtenidos en el paso 4.8 a partir de simulaciones deben ser similares al que se muestra en la Fi.......

Discusión

El método descrito en este artículo se basa en tres programas Python pequeños e independientes, que se utilizaron de diversas maneras en todo el protocolo descrito. La primera preconfiguración de script es una herramienta versátil que puede reemplazar la necesidad de escribir scripts de Python personalizados²⁷. Se utiliza para generar múltiples archivos de configuración a partir de un solo archivo de plantilla, especificando qué parámetro se debe variar y cómo se debe variar. Para variar .......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
de plantilla config.cym.tpl
computadora			MacOS, Windows 10 o Linux
configuración jove.cym
make_page.py			script de Python;
https://github.com/nedelec/make_page.py preconfiguración			Script de Python; https://github.com/nedelec/preconfig
scan.py			script de Python; https://github.com/nedelec/scan.py

Un archivo de configuración de personal ; https://gitlab.com/f-nedelec/cytosim.git archivo de Cytosim