| |
Рисунок 4-Сравнение результатов моделирования. Синие пунктиры –имитационная модель, красные звездочки– аналитическая модель. а – концентрация блокирующего протеина в филаментах (Сcap); б – концентрация f-актина (Сf);
В данном случае наблюдается практические эдентичные результаты, полученные с помощью двух моделей. Это связано с тем, что явления распада коротких филаментов практически не имеет место, в связи с активной нуклеацией и блокировкой филаментов.
Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод о адекватности и правильности разработанной модели.
4.2 Анализ экспериментальных данных
Для изучения возможности использования разработанной модели для анализа экспериментальных данных,были изучены результаты экспериментов,представленные в статье[17]. В данном эксперименте был использован актин,извлеченный из скелетной мышцы килевидной грудной клетки. Были предварительно очищены g-актины в АТФ форме.В систему также был введен блокирующий протеин
Таблица 2- Скорости реакции, полученные в результате эксперимента [17]
Обозначение | Описание | Значение |
| скорость спонтанной нуклеации | |
| скорость элонгации плюс-конца | |
| скорость элонгации минус-конца | |
| скорость блокировки плюс-конца | |
| скорость разблокировки плюс-конца | |
| скорость нуклеации с участием блокирующего протеина | |
| концентрация g-актина | |
Данные из таблицы были использованы при имитационном моделировании и полученная концентрация f-актина была сравнена с результатами эксперимента (рисунок 5).
Рисунок 5-Сравнение результатов имитационного моделирования с результатами, полученными в результате эксперимента[29]
Таким образом, хорошая согласованность результатов позволяет сделать вывод о том, разработанная имитационная модель адекватна и соответствует реальным процессам полимеризации актина, происходящих в живых клетках и растворах.
В работе построена имитационная модель процесса полимеризации актина, проведена верификация разработанной модели на аналитической модели и на экспериментальных данных. По результатам работы можно сделать следующие выводы:
· Блокирующий протеин не изменяет стационарного состояния f-актина, а ускоряет его достижение. Распределение филаментов по длинам меняется в сторону уменьшения при введении данного протеина в систему.
· Введение реакции фрагментации также не изменяет концентрации f-актина в стационарном состоянии, а лишь уменьшает среднюю длину филаментов в системе. Благодаря данной реакции филаментов становится больше в системе.
· Введение реакции старения актина в филаментах уменьшает значение стационарной концетрации f-актина и среднюю длину филаментов в системе, поскольку концы филаментов АДФ состоянии диссоциируют более интенсивно.
· Формин даже в небольших концентрациях значительно ускоряет наступление стационарного состояния. Значение концентрации f-актина в стационарном состоянии остается неизменным, за исключением случаев, когда концентрация формина становится на один порядок меньше начальной концентрации g-актина в АТФ форме. В таком случае наблюдается резкое снижение концентрации f-актина и момент достижения максимальной концентрации f-актина сдвигается по временной оси влево. При очень малых начальных концентрациях формина (порядка ~10^-4) наблюдается рост длин филаментов с увеличением концентрации формина. Однако, при дальнейшем увеличении концентрации наблюдается уменьшение их средней длинны.
· Наибольшим быстродействием обладает оптимизированный прямой метод Гиллеспи, поскольку при моделировании процесса полимеризации актина вероятности наступления различных реакций отличаются на несколько порядков, что позволяет использовать данный факт при оптимизации.
Построенную модель планируется в дальнейшем усовершенствовать и использовать для анализа экспериментальных данных, полученных с помощью FRAP- и флуоресцентной спектроскопии .
Список использованных источников
1. Soo, F.S. and J.A. Theriot, Large-scale quantitative analysis of sources of variation in the actin polymerization-based movement of Listeria monocytogenes. Biophys. J., 2005. 89(1): p. 703-23.
2. Alberts, J.B. and G.M. Odell, In silico reconstitution of Listeria propulsion exhibits nano-saltation. PLoS Biol., 2004. 2(12): p. e412.
3. Carlsson, A.E., M.A. Wear, and J.A. Cooper, End versus Side Branching by Arp2/3 Complex. Biophys. J., 2004. 86: p. 1074-81.
4. Yatskou, M.M., et al., Nonisotropic excitation energy transport in organized molecular systems: Monte Carlo simulation-based analysis of time-resolved fluorescence. J. Phys. Chem. A, 2001. 105(41): p. 9498-9508.
5. Nazarov, P.V., et al., FRET study of membrane proteins: simulation-based fitting for analysis of membrane protein embedment and association. Biophys. J., 2006. 91(2): p. 454-466.
7. Romero, S., et al., Formin is a processive motor that requires profilin to accelerate actin assembly and associated ATP hydrolysis. Cell, 2004. 119(3): p. 419-29.
8. Halavatyi ,A, et al.,,. An integrative simulation model linking major biochemical reactions of actin-polymerization to structural properties of actin filaments.2008.p 1-6.
9. Gillespie, D.T., Approximate accelerated stochastic simulation of chemically reacting systems. J. Phys. Chem., 2001. 115(4): p. 1716-33.
10. Клячко, Н.Л. Биологическая подвижность и полимеризация актина,2000.с.2-4
11. Kovar, D.R., Molecular details of formin-mediated actin assembly. Curr. Opin. Cell Biol., 2006. 18(1): p. 11-7.
18. Carlsson, A.E., Actin Polymerization Overshoots and Hydrolysis as Assayed by Pyrene Fluorescence, 2008 p. 140-70.
19. Carlsson, A.E., Structure of Autocatalytically Branched Actin Solutions. PhysRevLett, 2004. 92(23): p. 238102-1-4.