Une cellule humaine computationnelle révèle de nouvelles perspectives sur le traitement de l’information génétique –

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  • Les chercheurs ont développé le premier modèle informatique d’une cellule humaine et simulé son comportement pendant 15 minutes – le temps le plus long réalisé pour un système biologique de cette complexité. Dans une nouvelle étude, des simulations révèlent les effets de l’organisation spatiale au sein des cellules sur certains des processus génétiques qui contrôlent la régulation et le développement des traits humains et de certaines maladies humaines.

    L’étude, qui a produit une nouvelle plate-forme de calcul accessible à tout chercheur, est publiée dans la revue Biologie computationnelle PLOS.

    “Il s’agit du premier programme permettant aux chercheurs de mettre en place une cellule humaine virtuelle et de modifier les réactions chimiques et les géométries pour observer les processus cellulaires en temps réel”, a déclaré Zhaleh Ghaemi, chercheur à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign et auteur principal de l’étude.

    Partant de l’idée que l’intérieur des cellules est rempli de divers organites et molécules, le groupe, dirigé par Zaida Luthey-Schulten, professeur de chimie à l’U. De I., se concentre sur la façon dont le mouvement des molécules individuelles autour des nombreux obstacles affecte les réactions chimiques à l’intérieur. cellules.

    Pour tester le nouveau modèle, l’équipe a effectué des simulations d’un processus appelé épissage d’ARN, qui est l’un des processus cellulaires les plus complexes et une caractéristique de la biologie cellulaire humaine, ont déclaré les chercheurs.

    «L’épissage d’ARN modifie les molécules d’ARN messager qui transportent les informations nécessaires à partir de l’ADN pour former des protéines», a déclaré Ghaemi. “Le processus utilise une machine cellulaire complexe – appelée un épissosome – qui nécessite le trafic de précurseurs et de composants matures autour des parties hautement compartimentées d’une cellule. Cela rend l’épissage d’ARN idéal pour étudier comment l’arrangement spatial affecte les différentes réactions chimiques qui prennent place dans les cellules. “

    Les nouvelles simulations ont révélé une raison pour laquelle les précurseurs du spliceosome se déplacent entre les compartiments du noyau et du cytoplasme, ont déclaré les chercheurs.

    «Même si ce mouvement semble quelque peu inefficace et contre-intuitif à première vue, nos simulations indiquent qu’ils sont essentiels au bon épissage de l’ARN, et donc à la synthèse des protéines», a déclaré Martin Gruebele, professeur de chimie et co-auteur de l’étude. «Lorsque la synthèse des protéines tourne mal, cela peut entraîner des maladies, y compris le cancer»,

    Les chercheurs ont conçu la plate-forme de calcul pour modéliser une variété de processus cellulaires tout en étant entièrement personnalisable par le chercheur qui l’utilise. “Par exemple, nous pourrions utiliser ce modèle pour observer quels types de protéines se formeraient si le processus d’épissage d’ARN ne supprimait que deux parties d’une séquence d’ADN au lieu de trois”, a déclaré Luthey-Schulten. “Cela pourrait fournir des informations sur la manière dont différentes protéines se forment et influencent le développement des cellules cancéreuses.”

    Bien que le modèle de cellule humaine le plus complet à ce jour, le modèle de calcul dispose encore d’une grande marge de progression et de personnalisation pour étudier d’autres processus cellulaires, ont déclaré les chercheurs.

    “Cette simulation nous a permis d’observer l’épissage de l’ARN pendant 15 minutes”, a déclaré Gruebele. «En fin de compte, nous aimerions pouvoir exécuter le programme beaucoup plus longtemps et inclure toutes les protéines nécessaires à la réplication du gène, ce qui nous permettrait d’observer la division cellulaire en temps réel. Les possibilités pour notre groupe – et d’autres parce que le programme est en libre accès – sont infinis. “

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, News Bureau. Original écrit par Lois Yoksoulian. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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