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计算人类细胞揭示了遗传信息处理的新见解

伊利诺伊州,香槟-研究人员开发了第一个人体细胞计算模型,并模拟了其行为15分钟,这是这种复杂的生物系统所能达到的最长时间。在一项新的研究中,模拟揭示了细胞内空间组织对某些遗传过程的影响,这些遗传过程控制着人类特征和某些人类疾病的调控和发展。

这项研究产生了可供任何研究人员使用的新计算平台,该研究结果发表在《PLOS计算生物学》杂志上。

“这是第一个允许研究人员建立虚拟人类细胞并改变化学反应和几何结构以实时观察细胞过程的程序,”伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的研究科学家Zhaleh Ghaemi说研究。

由美国化学大学教授Zaida Luthey-Schulten领导的小组研究了细胞内部充满各种细胞器和分子的概念,重点研究了围绕许多障碍物的单个分子的运动如何影响内部的化学反应。细胞。

为了测试新模型,研究人员说,该团队对称为RNA剪接的过程进行了模拟,该过程是最复杂的细胞过程之一,也是人类细胞生物学的标志。

Ghaemi说:“ RNA剪接改变了信使RNA分子,该信使RNA分子携带了DNA形成蛋白质所需的信息。”“该过程使用复杂的细胞机器-剪接体-要求在细胞高度分隔的部分周围运输前体和成熟成分。这使得RNA剪接非常适合研究空间排列如何影响细胞中发生的各种化学反应。细胞。”

研究人员说,新的模拟揭示了剪接体前体为何在细胞核和细胞质区室之间移动的理由。

化学教授兼研究论文的共同作者马丁·格吕贝勒说:“尽管乍看之下这种运动似乎效率低下,而且违反直觉,但我们的模拟表明它们对于正确的RNA剪接以及蛋白质合成至关重要。”“蛋白质合成出现问题时,会导致疾病,包括癌症。”

研究人员设计了计算平台,以对各种细胞过程进行建模,同时研究人员可以完全定制该平台。Luthey-Schulten说:“例如,我们可以使用该模型观察如果RNA剪接过程仅去除DNA序列的两个部分而不是三个部分,将形成什么类型​​的蛋白质。”“这可以提供有关不同蛋白质如何形成并影响癌细胞发展的见解。”

研究人员说,尽管计算模型是迄今为止最全面的人类细胞模型,但仍有足够的发展和定制空间来研究其他细胞过程。

“这种模拟使我们能够观察到15分钟的RNA剪接,” Gruebele说。“最终,我们希望能够运行该程序更长的时间,并包含基因复制所需的所有蛋白质,从而使我们能够实时观察细胞分裂。对于我们小组以及其他小组来说,这是可行的,因为程序是开放访问的-无止境。”

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