이 프로토콜은 시냅스 가소성을 모델링하기 위한 수지상 척추가 있는 수지상 세그먼트의 3차원(3D) 모델을 개발합니다. 생성 된 메쉬는 CellBlender 및 MCell을 사용하는 소프트웨어 프로그램 블렌더를 사용하여 장기 시냅스 가소성에서 AMPA 수용체 인신 매매의 전산 모델링에 사용할 수 있습니다.
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방법 논문
시냅스 가소성을 가진 수지상 척추의 3D 모델링
* These authors contributed equally
이 논문에서
요약
초록
3차원(3D) 기하학에서 화학종의 확산 및 반응의 전산 모델링은 수지상 척추에서 시냅스 가소성의 메커니즘을 이해하는 근본적인 방법입니다. 이 프로토콜에서, 원더라이트와 수지상 척추의 상세한 3D 구조는 CellBlender와 소프트웨어 블렌더에 메싱으로 모델링된다. 시냅스 및 외향적 영역은 메시에 정의됩니다. 다음으로, 시냅스 수용체와 시냅스 앵커 분자는 확산 상수로 정의됩니다. 마지막으로 시냅스 수용체와 시냅스 앵커 간의 화학 반응이 포함되고 계산 모델은 소프트웨어 MCell을 통해 수치적으로 해결된다. 이 방법은 3D 기하학적 구조의 모든 단일 분자의 현면 경로를 설명합니다. 따라서 시냅스 가소성이 발생되는 동안 수지상 척추 안팎의 시냅스 수용체의 인신 매매를 연구하는 것이 매우 유용하다. 이 방법의 한계는 분자의 높은 수가 시뮬레이션의 속도를 느리게한다는 것입니다. 이 방법으로 수지상 척추를 모델링하면 이웃 수지상 척추 사이의 단일 척추 및 이종 내수 가소성 내에서 균질성 전능성 및 우울증을 연구할 수 있습니다.
서론
시냅스 가소성은 학습 및 메모리1과관련이 있습니다. 시냅스 가소성, 장기 전성(LTP) 및 장기 우울증(LTD)과 같은 시냅스 가소성은 시냅스 멤브레인2안팎에서 AMPA 수용체(AMPARs)의 삽입 및 제거와 각각 연관된다. AMPAR 시냅스는 수지상 척추3이라는작은 볼륨 구조 위에 있습니다. 각 척추는 포스트 냅 스 밀도라는 포스트 냅 스 막에 단백질 조밀 한 영역을 포함 (PSD). 시냅스 부위의 PSD 트랩 AMPAR에서 단백질을 고정합니다. 단일 시냅스 내에 AMPARs의 몇 사본이 있으며 수지상 척추에서 다른 종과의 AmpARs의 인신 매매 및 반응은 금세 과정2,,4입니다. 수지상 척추,5,6,,7,8에서시냅스 수용체 인신 매매의 여러 구획 모델이 있다.7 그러나, 수상달레의 3D 구조와 수지상 척추의 시냅스 가소성과 관련된....
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프로토콜
참고: 이 프로토콜에 사용된 용어체에 대한 보충 파일 1을 참조하십시오.
1. 블렌더, 셀블렌더 및 MCell 설치
참고: 이 프로토콜에는 MCell, 블렌더 및 셀 블렌더를 설치해야 합니다.
- MCell 홈페이지(https://mcell.org/tutorials_iframe.html)에 소프트웨어를 다운로드하고 설치합니다. 페이지 상단에 있는 다운로드로 이동한 다음 단계별 지침을 따라 선택한 환경(예: Linux, Mac OSX 또는 Windows)에서 소프트웨어를 다운로드하고 설치합니다.
참고: 이 프로토콜에 설명된 모든 계산 모델 및 시뮬레이션은 MCell 3.4 및 CellBlender 1.1이 있는 블렌더 2.78을 포함하는 CellBlender 1.1 번들에서 테스트되었습니다. 그것은 또한 블렌더 2.79b에 일했다. 이러한 모든 소프트웨어 프로그램은 열려 있는 액세스이며 재인쇄 권한이 필요하지 않습니다. 모델의 구성 및 시뮬레이션에 대한 지침은 한 버전에서 다른 버전으로 약간 변경될 수 있습니다. 이 프로토콜의 일부는 체코 등에서 적응되었습니다.16.
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결과
이러한 결과는 척추 머리와 척추목으로 수지상 척추를 시뮬레이션하는 3D 메쉬의 시공을 위한 단계를제공한다(도 1 ~ 도 4). 또한, 다중 수지상 척추는 AMPARs14의이종내피 가소성을 연구하기 위해 단일 수지상세그먼트(도 5)에삽입될 수 있다. 척추 머리 의 상단에 PSD(그림 6)시냅스 앵커가 AMPAR에 결합하고 시냅스에서 일시적으로 트랩 하는 장소입니다(그림 7, 그림 8).
시냅스 가소성은 각 척추에서 anchor_AMPAR, anchor_AMPAR_LTP및 anchor_.......
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토론
이 문서에서는 수지상 척추가 있는 수지상 세그먼트에서 반응 확산 시냅스 가소성 공정을 모델링하기 위한 3D 메쉬를 시공하는 방법을 제시합니다. 개발된 모델에는 수지상 척추가 거의 없는 수지상 세그먼트가 포함되어 있습니다. 시냅스 앵커를 가진 AMPAR의 측면 확산 및 반응은 기초 역학의 시뮬레이션을 허용합니다. 프로토콜의 중요한 단계는 척추 헤드의상단(도 1, 도 2, 도 3)의생성을 위한 구를 절단하고, 척추목을 만드는 압출(도4),그리고 원원과 척추를 단일 메쉬로 결합한다(도5). 척추 목과 선장 사이에 완전한 오버랩을 갖는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 메시가 방수되지 않습니다. 다른 중요한 단계는 멤브레인 영역의 선택과 표면 클래스의 정의입니다
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공개 사항
저자는 경쟁적인 재정적 이익이 없다고 선언합니다.
감사의 글
이 작품은 상파울루 주 과학 재단 (FAPESP) 보조금 #2015/50122-0 및 IRTG-GRTK 1740/2, IBM/ FAPESP 보조금 #2016/18825-4, 그리고 FAPESP 보조금 #2018/06504-4에 의해 부분적으로 지원되었다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 블렌더 | 블렌더 재단 | https://www.blender.org/ | |
| CellBlender | 피츠버그 | https://mcell.org/ | |
| Mcell | 피츠버그 | https://mcell.org/ |
참고문헌
- Sweatt, J. D. Neural plasticity and behavior - sixty years of conceptual advances. Journal of Neurochemistry. 139, 179-199 (2016).
- Heine, M., et al. Surface mobility of postsynaptic AMPARs tunes synaptic transmission. Science. 320 (5873....
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재인쇄 및 허가
