Forscher der University of California San Diego haben ein neues Softwarepaket namens Spatial Modeling Algorithms for Reactions and Transport (SMART) entwickelt und getestet, das Zellsignalnetzwerke realistisch simulieren kann – die komplexen Systeme molekularer Interaktionen, die es Zellen ermöglichen, auf verschiedene Arten zu reagieren Hinweise aus ihrer Umgebung.
Zellsignalnetzwerke umfassen viele unterschiedliche Schritte und werden auch stark von den komplexen, dreidimensionalen Formen von Zellen und subzellulären Komponenten beeinflusst, was ihre Simulation mit vorhandenen Werkzeugen schwierig macht. SMART bietet eine Lösung für dieses Problem, die dazu beitragen könnte, die Forschung in Bereichen der Biowissenschaften wie Systembiologie, Pharmakologie und biomedizinischer Technik zu beschleunigen.
Die Forscher testeten die neue Software erfolgreich in biologischen Systemen auf mehreren verschiedenen Ebenen, von der Zellsignalisierung als Reaktion auf Adhäsionssignale über Kalziumfreisetzungsereignisse in subzellulären Regionen von Neuronen und Herzmuskelzellen bis hin zur Produktion von ATP (der Energiewährung in Zellen). innerhalb einer detaillierten Darstellung eines einzelnen Mitochondriums.
Dieses Video zeigt eine mit SMART erstellte Simulation, die die Dynamik der Kalziumfreisetzung in Herzzellen zeigt. Dieser Vorgang ist für die Kontraktion der Herzmuskulatur unerlässlich. Bildnachweis: Emmet Francis, Ph.D., ein Postdoktorand der American Society for Engineering Education in der Forschungsgruppe unter der Leitung von Professor Padmini Rangamani, Ph.D., die beide der Abteilung für Pharmakologie der UC San Diego School of Medicine und der Abteilung angeschlossen sind für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der UC San Diego Jacobs School of Engineering.
Durch die Bereitstellung eines flexiblen, genauen und effizienten Werkzeugs zur Modellierung von Zellsignalnetzwerken ebnet SMART den Weg für detailliertere Simulationen, um unser Verständnis des Zellverhaltens zu verbessern und die Entwicklung neuer Behandlungsmethoden für menschliche Krankheiten voranzutreiben.
Die Studie, veröffentlicht in Naturinformatikwurde von Emmet Francis, Ph.D., einem Postdoktoranden der American Society for Engineering Education, in der Forschungsgruppe unter der Leitung von Professor Padmini Rangamani, Ph.D., geleitet, die beide der Abteilung für Pharmakologie der UC San Diego School of Medicine angegliedert sind die Abteilung für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der UC San Diego Jacobs School of Engineering. Die erste Version dieser Software wurde von Justin Laughlin, Ph.D., einem ehemaligen Doktoranden in Rangamanis Gruppe, geschrieben.
SMART ist Teil einer laufenden Zusammenarbeit mit einem Forschungsteam unter der Leitung von Marie Rognes, Ph.D., am Simula Research Laboratory in Oslo, Norwegen.
Weitere Informationen:
Naturinformatik (2024). DOI: 10.1038/s43588-024-00745-x. www.nature.com/articles/s43588-024-00745-x