DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v19r430

Моделирование деления биологических клеток в стадии метафазы на суперкомпьютере «Ломоносов-2

Авторы


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

24.12.2018

Выпуск

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Об авторах

М.А. Кривов

А.В. Зайцев

Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН
ул. Косыгина 4, 119991, Москва
• старший научный сотрудник

Ф.И. Атауллаханов

П.С. Иванов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
физический факультет
Ленинские горы, 119234, Москва
• старший научный сотрудник


Библиографические ссылки

  1. 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).
  2. B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, et al., Molecular Biology of the Cell (Garland Science, New York, 2002).
  3. D. O. Morgan, The Cell Cycle: Principles of Control (Sinauer Associates, Sunderland, 2006).
  4. J. Gregan, S. Polakova, L. Zhang, et al., “Merotelic Kinetochore Attachment: Causes and Effects,” Trends Cell Biol. 21 (6), 374-381 (2011).
  5. 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).
  6. F. Nédélec, “Computer Simulations Reveal Motor Properties Generating Stable Antiparallel Microtubule Interactions,” J. Cell Biol. 158 (6), 1005-1015 (2002).
  7. 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).
  8. D. Gerlich, J. Beaudouin, B. Kalbfuss, et al., “Global Chromosome Positions Are Transmitted through Mitosis in Mammalian Cells,” Cell 112 (6), 751-764 (2003).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. A. Mogilner, R. Wollman, G. Civelekoglu-Scholey, and J. Scholey, “Modeling Mitosis,” Trends Cell Biol. 16 (2), 88-96 (2006).
  13. J. R. McIntosh, M. I. Molodtsov, and F. I. Ataullakhanov, “Biophysics of Mitosis,” Q. Rev. Biophys. 45 (2), 147-207 (2012).
  14. 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
  15. 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.