Диссертация (1103763), страница 2
Текст из файла (страница 2)
С помощью разработанной модели были проанализированы существующиегипотезымолекулярногомеханизмавозникновениякатастроф:медленнонарастающее увеличение заостренности конца микротрубочки и возникновениенеобратимых дефектов в процессе роста полимера.4. Было изучено влияние отгибающихся протофиламентов на конце микротрубочкина ее стабильность. Впервые была проанализирована связь между отсутствиемотгибающихся протофиламентов и возникновением временно стабильногосостояния микротрубочки.5. С помощью упрощенной кинетической модели была исследована возможностьописания«старения»микротрубочкимножественными состояниями.какобратимогопереходамежду7Научно-практическая значимость работыПонимание механизма динамической нестабильности микротрубочки и в частностивозникновениякатастрофявляетсяоднимизключевыхусловийпониманияфункционирования митотического веретена деления.
Созданная нами модель являетсяпринципиально новым шагом в описании динамической нестабильности микротрубочки.Эта модель является основой для будущего изучения механизма влияния микротрубочкосвязывающих белков и низкомолекулярных веществ на частоту возникновения катастроф.Благодаря явному учету силовых взаимодействий внутри микротрубочки, эта модельможет служить для дальнейшего изучения взаимодействия динамической микротрубочкис кинетохором и процесса митотического деления клетки.
Понимание же процессов,происходящих во время митоза, может помочь в понимании причин их нарушения впатологически измененных клетках, например раковых, и служить основой дляразработки новых методик лечения.Положения, выносимые на защиту1.Построена новая молекулярно-механическая модель микротрубочки сиспользованием формализма броуновской динамики, впервые одновременновключающая в себя полимеризацию, гидролиз, тепловые флуктуации испособность воспроизведения катастроф.2.Спомощьюполученнойматематическоймоделибыливпервыенепротиворечиво описаны основные свойства микротрубочек в рамкаходного набора параметров, включая феномен «старения» микротрубочек.3.Было продемонстрировано, что феномен «старения» микротрубочек можетбыть объяснен появлением обратимых изменений с характерным временемжизни в 100 и более раз меньшим времени возникновения катастроф.4.Было показано, что образование отгибающихся протофиламентов на концемикротрубочкиможетявлятьсядестабилизирующиммолекулярнымявлением, лежащим в основе катастроф и «старения» микротрубочки.8Личный вклад диссертантаКомпьютерный алгоритм, реализующий динамику микротрубочки, был создан авторомлично.Все вычисления на суперкомпьютерном комплексе были сделаны автором лично.Калибровка потенциалов молекулярно-механической модели сделана автором лично.Верификация результатов молекулярно-механической модели проведена автором лично.Обработка результатов вычислений проведена автором лично.Упрощенная кинетическая модель катастроф была создана автором совместно с НикитойБорисовичем Гудимчуком.Анализ результатов проводился Атауллахановым Фазоилом Иноятовичем, автором,Никитой Борисовичем Гудимчуком, Екатериной Леонидовной Грищук.Апробация работыОсновные результаты диссертационной работы были представлены на международных ирегиональных конференциях и школах:1.
“Gordon Research Conference on Muscle and Molecular Motors” (США, 2014),2. “Международная летняя суперкомпьютерная академия” (Москва, июль 2014),3. “ FEBS-EMBO Conference” (Париж, Франция, август 2014),4. “Международная конференция по системной биологии”(г. Пущино, Московскаяобласть, октябрь 2014),5. “10th European biophysics congress” (Дрезден, Германия, июль 2015, приз залучший доклад с постером).ПубликацииПо теме диссертационной работы опубликовано 8 работ, в том числе 3статьи в9рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК и 5 публикаций всборниках тезисов докладов и конференций.Cтатьи в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК:1) Zakharov P., Gudimchuk N., Voevodin V., Tikhonravov A., Ataullakhanov F.,Grishchuk E.
Molecular and Mechanical Causes of Microtubule Catastrophe and Aging //Biophys. J., -2015, -vol. 109, -no. 12, -pp. 2574–25912) Захаров П.Н., Аржаник В.К., Ульянов Е.В., Гудимчук Н.Б., Атауллаханов Ф.И.Микротрубочка — динамически нестабильный биополимер со спонтаннымипереключениями между фазовыми состояниями // Успехи физических наук, -2016, Том 186, -вып. 8, -сс.
853–868.3) Гудимчук Н.Б., Захаров П.Н., Ульянов Е.В., Атауллаханов Ф.И. Динамическиемикротрубочки: от экспериментов к моделям // Природа, -2015, -вып. 10, -сс. 3-10.Публикации в сборниках тезисов докладов и конференций:1) Gudimchuk, N.B., Zakharov P.N., Ataullakhanov F.I., Grishchuk E.L. Microtubulecatastrophe as a multi-step sequence of reversible events // The FEBS Journal. 2014. – V.281 (suppl. 1). - P. 629.2) П.Н.Захаров, Н.Б.Гудимчук, Е.Л.Грищук, Ф.И.Атауллаханов.
Компьютерноемоделированиединамикимикротрубочек:анализпроцесса«старения»ивозникновения катастроф. // Сборник тезисов докладов V международнойконференции «Математическая биология и биоинформатика» (ICMBB14). P.111112.3) P. Zakharov, N. Gudimchuk, V. Voevodin, A. Tikhonravov, F. Ataullakhanov, E.Grishchuk.
Multiple Reversible Molecular Events at the Microtubule Tip Drive the AgeDependent Microtubule Catastrophes // Biophysical Journal. -2015. – V. 108. – Issue 2(suppl.1), -P. 509a.4) N. Gudimchuk, P. Zakharov, M. Orlova, E. Ulyanov and F. Ataullakhanov.Comparative analysis of dimer-scale multi-protofilament models of microtubule10dynamics // European Biophysics Journal -2015. – V.44.
– Issue 1 (suppl), - P.1665) P. Zakharov, N. Gudimchuk, F. Ataullakhanov, E. Grishchuk. Accumulation ofreversible destabilizing events drives microtubule catastrophe // European BiophysicsJournal -2015. – V.44. – Issue 1 (suppl), - P.176.11ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ1.1Общие сведения о микротрубочкахЖивые клетки участвуют в огромном количестве разнообразных движений, как вмасштабах всей клетки, так и на уровне процессов, происходящих внутри каждой клетки вмасштабах органелл.
Одним из ярких примеров клеточного движения, основывающегосяна свойствах микротрубочки, является митоз [1]. Главной задачей данного процессаявляется точное распределение каждой копии предварительно удвоенного генетическогоматериала между двумя дочерними клетками. Для выполнения этой сложной задачинеобходим специальный аппарат, построенный из микротрубочек и взаимодействующих сними белков и называемый веретеном деления [2,3].Митоз является частью клеточного цикла, в течение которого клетка делится пополам идвойной набор хромосом разделяется на два идентичных одинарных набора междуновыми клетками.
Митозу предшествует интерфаза, в течение которой клетка растет иудваивает свой генетический материал, подготавливаясь к митозу. Митоз состоит изпоследовательно сменяющихся стадий: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза ителофаза (Рис. 1).Рис. 1. Фазы митоза. Фотографии, сделанные с помощью флуоресцентной микроскопии. Зеленымцветом помечены микротрубочки, красным – хромосомы. Веретенообразная структура измикротрубочек называется митотическим веретеном деления. Снимки Julie Canman, Ted Salmon[4].В течение профазы происходит конденсация хроматина внутри клетки и образованиеполюсов веретена деления. Затем, на следующей стадии – в прометафазе, происходитразрушение ядерной мембраны. При этом на центромерной области каждой изсконденсированных хромосом образуется два так называемых кинетохора – специальных12участка, с которым могут связываться микротрубочки. Растущие из полюсов веретенамикротрубочкиобратимозацепляютсязакинетохоры,исила,развиваемаяукорачивающимися микротрубочками, используется для перемещения хромосом.
(Рис. 2).В метафазе хромосомы выстраиваются вдоль плоскости, перпендикулярной оси веретена,на приблизительно равном расстоянии от полюсов. Таким образом формируется«метафазная пластинка».Рис. 2. Схема митотического веретена деления [5]. Из двух полюсов веретена растутмикротрубочки, связывающиеся с хромосомами(показаны синим цветом).Каждая из хромосом состоит из двух одинаковых наборов генетического материала –хроматид.
Кинетохоры каждой из двух сестринских хроматид прикреплены кмикротрубочкам, растущим из противоположных полюсов веретена деления. Во времяанафазы все сестринские хроматиды синхронно разделяются и медленно расходятся кдвум полюсам веретена деления. При этом полюса веретена деления также раздвигаютсямежду собой. В телофазе каждый из двух наборов сестринских хроматид достигаетполюсов веретена и происходит деконденсирование хроматина. Веретено деленияразрушается, и вокруг каждого из двух новых наборов хромосом собирается ядернаяоболочка.
В районе, где была метафазная пластинка, образуется перетяжка, разделяющаяклетку на две вновь образованные дочерние клетки [4].1.2Строение и свойства микротрубочек1.2.1Cтруктура микротрубочек.Микротрубочки являются одним из главных компонентов митотического деления клетки.13Они представляют собой полимер, образованный из α- и β- гетеродимеров белка тубулина.По своей форме микротрубочка является полым цилиндром диаметром около 25 нм,стенка которого образована линейными тяжами, называемыми протофиламентами.Каждый протофиламент образован продольно связанными димерами тубулина (Рис. 3А).Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
