DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v19r430
Моделирование деления биологических клеток в стадии метафазы на суперкомпьютере «Ломоносов-2
Авторы
-
М.А. Кривов
- А.В. Зайцев
- Ф.И. Атауллаханов
- П.С. Иванов
Ключевые слова:
митоз
метафаза
кинетохор
меротельные микротрубочки
математическое моделирование
суперкомпьютер
Аннотация
Статья посвящена проблеме построения математической модели биологической клетки, описывающей процесс ее деления в рамках M-фазы. Рассмотрено предложенное авторами уточнение одной из известных моделей путем перехода с двумерного на трехмерный случай. Модифицированная модель реализована в виде универсального программного комплекса для моделирования деления клеток в стадиях прометафазы, метафазы и анафазы на локальных машинах и суперкомпьютерах. С его помощью на кластере «Ломоносов-2» изучено влияние размера активной области кинетохора на количество меротельных зацеплений в стадии метафазы. Показано, что наблюдаемая зависимость проявляется не столько из-за геометрических ограничений, как предполагалось ранее, сколько из-за больших углов разворота пар хромосом.
Загрузки
Опубликован
2018-12-24
Выпуск
Раздел
Раздел 1. Вычислительные методы и приложения
Библиографические ссылки
- A. V. Zaytsev and E. L. Grishchuk, “Basic Mechanism for Biorientation of Mitotic Chromosomes is Provided by the Kinetochore Geometry and Indiscriminate Turnover of Kinetochore Microtubules,” Mol. Biol. Cell 26 (22), 3985-3998 (2015).
- B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, et al., Molecular Biology of the Cell (Garland Science, New York, 2002).
- D. O. Morgan, The Cell Cycle: Principles of Control (Sinauer Associates, Sunderland, 2006).
- J. Gregan, S. Polakova, L. Zhang, et al., “Merotelic Kinetochore Attachment: Causes and Effects,” Trends Cell Biol. 21 (6), 374-381 (2011).
- N. R. Gliksman, R. V. Skibbens, and E. D. Salmon, “How the Transition Frequencies of Microtubule Dynamic Instability (Nucleation, Catastrophe, and Rescue) Regulate Microtubule Dynamics in Interphase and Mitosis: Analysis Using a Monte Carlo Computer Simulation,” Mol. Biol. Cell 4 (10), 1035-1050 (1993).
- F. Nédélec, “Computer Simulations Reveal Motor Properties Generating Stable Antiparallel Microtubule Interactions,” J. Cell Biol. 158 (6), 1005-1015 (2002).
- G. W. Brodland and J. H. Veldhuis, “Computer Simulations of Mitosis and Interdependencies between Mitosis Orientation, Cell Shape and Epithelia Reshaping,” J. Biomech. 35 (5), 673-681 (2002).
- D. Gerlich, J. Beaudouin, B. Kalbfuss, et al., “Global Chromosome Positions Are Transmitted through Mitosis in Mammalian Cells,” Cell 112 (6), 751-764 (2003).
- R. Wollman, E. N. Cytrynbaum, J. T. Jones, et al., “Efficient Chromosome Capture Requires a Bias in the ’Search-and-Capture’ Process during Mitotic-Spindle Assembly,” Curr. Biol. 15 (9), 828-832 (2005).
- I. V. Gregoretti, G. Margolin, M. S. Alber, and H. V. Goodson, “Insights into Cytoskeletal Behavior from Computational Modeling of Dynamic Microtubules in a Cell-Like Environment,” J. Cell Sci. 119 (22), 4781-4788 (2006).
- R. Paul, R. Wollman, W. T. Silkworth, et al., “Computer Simulations Predict that Chromosome Movements and Rotations Accelerate Mitotic Spindle Assembly without Compromising Accuracy,” Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106 (37), 15708-15713 (2009).
- A. Mogilner, R. Wollman, G. Civelekoglu-Scholey, and J. Scholey, “Modeling Mitosis,” Trends Cell Biol. 16 (2), 88-96 (2006).
- J. R. McIntosh, M. I. Molodtsov, and F. I. Ataullakhanov, “Biophysics of Mitosis,” Q. Rev. Biophys. 45 (2), 147-207 (2012).
- G. Civelekoglu-Scholey and D. Cimini, “Modelling Chromosome Dynamics in Mitosis: A Historical Perspective on Models of Metaphase and Anaphase in Eukaryotic Cells,” Interface Focus 4 (2014).
doi 10.1098/rsfs.2013.0073 - M. A. Krivov, N. Yu. Zakharov, F. I. Ataullakhanov, and P. S. Ivanov, “Development of Software for Modeling Cell Division on Graphics Accelerators,” in Proc. Int. Conf. on Russian Supercomputing Days, Moscow, Russia, September 26-27, 2016 (Mosk. Gos. Univ., Moscow, 2016), pp. 582-588.
