Un flux de travail typique pour simuler des systèmes cytosquelettiques

Résumé

Ce protocole montre comment utiliser Cytosim, une simulation de cytosquelette Open Source, pour étudier le comportement d’un réseau de filaments connectés par des moteurs moléculaires et des réticulants passifs. Un flux de travail générique avec des instructions étape par étape est suivi pour faire varier le nombre d’agents de réticulation et tracer la contractilité du réseau qui en résulte.

Résumé

De nombreux systèmes cytosquelettiques sont aujourd’hui suffisamment bien connus pour permettre une modélisation quantitative précise. Les filaments des microtubules et de l’actine sont bien caractérisés, et les protéines associées sont souvent connues, ainsi que leur abondance et les interactions entre ces éléments. Ainsi, les simulations informatiques peuvent être utilisées pour étudier le comportement collectif du système avec précision, d’une manière complémentaire aux expériences. Cytosim est une suite de simulation de cytosquelette Open Source conçue pour gérer de grands systèmes de filaments flexibles avec des protéines associées telles que des moteurs moléculaires. Il offre également la possibilité de simuler des réticulants passifs, des réticulants diffusibles, des nucléateurs, des cutters et des versions discrètes des moteurs qui ne marchent que sur des sites de réseau inoccupés sur un filament. D’autres objets complètent les filaments en offrant une géométrie sphérique ou plus compliquée qui peut être utilisée pour représenter les chromosomes, le noyau ou les vésicules de la cellule.

Cytosim offre des outils simples en ligne de commande pour exécuter une simulation et afficher ses résultats, qui sont polyvalents et ne nécessitent pas de compétences en programmation. Dans ce flux de travail, des instructions étape par étape sont données pour i) installer l’environnement nécessaire sur un nouvel ordinateur, ii) configurer Cytosim pour simuler la contraction d’un réseau d’actomyosine 2D, et iii) produire une représentation visuelle du système. Ensuite, le système est sondé en faisant systématiquement varier un paramètre clé : le nombre de réticulants. Enfin, la représentation visuelle du système est complétée par la quantification numérique de la contractilité pour voir, dans un graphique, comment la contractilité dépend de la composition du système. Dans l’ensemble, ces différentes étapes constituent un flux de travail typique qui peut être appliqué avec peu de modifications pour s’attaquer à de nombreux autres problèmes dans le domaine du cytosquelette.

Introduction

Le cytosquelette est constitué de filaments à l’intérieur de la cellule et de molécules associées telles que les moteurs moléculaires, qui constituent souvent un maillage dynamique aux propriétés mécaniques remarquables. Le cytosquelette existe dans diverses configurations dans différents types de cellules chez presque toutes les formes de vie. Son bon fonctionnement est essentiel pour les processus cellulaires fondamentaux tels que la division, la motilité et la polarisation. Il régit également les interactions mécaniques de cellule à cellule, influençant ainsi la morphogenèse des tissus et des organismes. Le cytosquelette sous-tend ....

Protocole

REMARQUE : Le protocole se compose des étapes suivantes : préparation de la plate-forme pour Windows 10, MacOS et Linux ; l’installation de Cytosim ; configuration de la simulation et de l’essai et de l’affichage graphique ; plusieurs passages, en faisant varier un paramètre : le nombre de réticulants dans le réseau ; la génération d’un graphique pour voir comment la contractilité est affectée par le nombre de réticulants ; courses parallèles ; et l’échantillonnage aléatoire. Tout le texte suivant un « > » sont des commandes qui doivent être saisies mot à mot dans la fenêtre du terminal. Le « > » représente l’invite du terminal et ne doit pas être inclus, mais tous le....

Résultats

Dans la section 2, une compilation réussie de Cytosim à l’aide de « make » devrait produire sim, play et report dans le sous-répertoire « bin ». Le résultat de l’étape 2.3 (« sim info ») doit indiquer « Dimension : 2 » entre autres. Dans la section 3, le fichier de configuration doit être similaire à jove.cym, fourni en tant que fichier supplémentaire 1. Dans la section 4, lesimages obtenues à l’étape 4.8 à partir de simulations doivent être similaires à celles montrées .......

Discussion

La méthode décrite dans cet article s’appuie sur trois petits programmes Python indépendants, qui ont été utilisés de diverses manières tout au long du protocole décrit. Le premier script preconfig est un outil polyvalent qui peut remplacer le besoin d’écrire des scripts Python personnalisés²⁷. Il est utilisé pour générer plusieurs fichiers de configuration à partir d’un seul fichier de modèle, en spécifiant quel paramètre doit être modifié et comment il doit être modifié. Pour faire vari.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
config.cym.tpl
ordinateur			MacOS, Windows 10 ou Linux
fichier de configuration Cytosim	jove.cym
make_page.py			script Python ; https://github.com/nedelec/make_page.py
preconfig			Script Python ; https://github.com/nedelec/preconfig
scan.py			script Python ; https://github.com/nedelec/scan.py

Un fichier de configuration de modèle pour un personnel ; https://gitlab.com/f-nedelec/cytosim.git