A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
מידול ממברנות מציאותי באמצעות תערובות שומנים מורכבות במחקרי סימולציה
In This Article
Summary
גיוון השומנים בממברנה במבנה ובהרכב הוא תורם חשוב לתהליכים תאיים ויכול להיות סמן למחלות. סימולציות של דינמיקה מולקולרית מאפשרות לנו לחקור ממברנות ואת יחסי הגומלין שלהן עם ביומולקולות ברזולוציה אטומית. כאן, אנו מספקים פרוטוקול לבנייה, הפעלה וניתוח של מערכות ממברנות מורכבות.
Abstract
שומנים הם אבני בניין מבניות של קרום התא; מיני שומנים משתנים בין אברוני תאים ובין אורגניזמים. מגוון זה גורם לתכונות מכניות ומבניות שונות בממברנה המשפיעות ישירות על המולקולות והתהליכים המתרחשים בממשק זה. הרכב השומנים הוא דינמי ויכול לשמש לווסת תהליכי איתות תאי. גישות חישוביות משמשות יותר ויותר לחיזוי אינטראקציות בין ביומולקולות ומספקות תובנות מולקולריות לתצפיות ניסיוניות. דינמיקה מולקולרית (MD) היא טכניקה המבוססת על מכניקה סטטיסטית המנבאת את תנועת האטומים בהתבסס על הכוחות הפועלים עליהם. ניתן להשתמש בסימולציות MD כדי לאפיין את האינטראקציה של ביומולקולות. כאן, נציג בקצרה את הטכניקה, נתאר צעדים מעשיים למתחילים המעוניינים לדמות דו-שכבות ליפידים, נדגים את הפרוטוקול עם תוכנה ידידותית למתחילים, ונדון באלטרנטיבות, אתגרים ושיקולים חשובים של התהליך. במיוחד, אנו מדגישים את הרלוונטיות של שימוש בתערובות שומנים מורכבות כדי למדל קרום תא מעניין כדי ללכוד את הסביבות ההידרופוביות והמכניות המתאימות בסימולציה. אנו דנים גם בכמה דוגמאות שבהן הרכב הממברנה ותכונותיה מווסתים את האינטראקציות של דו-שכבות עם ביומולקולות אחרות.
Introduction
ליפידים הם המרכיבים העיקריים של הממברנות, המספקים גבולות לתאים ומאפשרים מידור תוך-תאי 1,2,3. ליפידים הם אמפיפיליים, עם קבוצת ראש קוטבית ושני זנבות חומצות שומן הידרופוביות; אלה מתאספים בעצמם לשכבה דו-שכבתית כדי למזער את המגע של השרשראות ההידרופוביות עם מים 3,4. שילובים שונים של קבוצות ראש הידרופיליות וזנבות הידרופוביים יוצרים סוגים שונים של ליפידים בקרומים ביולוגיים, כגון גליצרופוספוליפידים, ספינגוליפידים וסטרולים (איור 1)1,5,6.
Protocol
1. בניית קואורדינטות המערכת
- נווט אל CHARMM-GUI.org (C-GUI) באמצעות דפדפן אינטרנט. בתפריט העליון, נווט אל מחולל הקלט ולאחר מכן בחר בונה ממברנות מהאפשרויות האנכיות בצד שמאל של המסך.
- לבניית שכבה דו-שכבתית, בחרו ' בונה דו-שכבתי'.
הערה: משתמשים בפעם הראשונה ?.......
Representative Results
כדי להמחיש את השימוש בפרוטוקול ואת התוצאות שניתן להשיג, נדון מחקר השוואה עבור מודלים ממברניים עבור הרשתית האנדופלסמית (ER). שני המודלים במחקר זה היו (i) מודל PI, המכיל את ארבעת מיני השומנים המובילים שנמצאו בחדר המיון, ו-(ii) מודל PI-PS, שהוסיף את מיני השומנים האניונים פוספטידיל-סרין (PS). מודלים אלה ש.......
Discussion
טכניקות ניסיוניות יכולות לדמיין ביומולקולות ברזולוציה גבוהה באמצעות מיקרוסקופ קריו-אלקטרונים (cryo-EM)58, טכניקות פלואורסצנטיות ומיקרוסקופ כוח אטומי (AFM)59. עם זאת, מאתגר ללכוד את יחסי הגומלין והדינמיקה של אינטראקציות מולקולריות העומדות בבסיס מסלולים ביולוגיים, פתו?.......
Acknowledgements
המחברים מודים לג'ינהוי לי ולריקרדו רמירז על מסלולי הסימולציה והדיונים שלהם במהלך כתיבת כתב היד הזה. O.C. נתמך על ידי האוניברסיטה במלגת באפלו הנשיאותית והיוזמה של המכון הלאומי לבריאות למקסום מענק הכשרה לפיתוח סטודנטים 1T32GM144920-01 הוענק למרגריטה ל. דובוקוביץ '(PI).
....Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Anaconda3 | Anaconda Inc (Python & related libraries) | N/A | |
| CHARMM-GUI.org | Im lab, Lehigh University | N/A | |
| GROMACS | GROMACS development team | N/A | |
| Linux HPC Cluster | UB CCR | N/A | |
| MATLAB | MathWorks | N/A | |
| VMD | Theoretical and Computational Biophysics Group | N/A |
References
- Vanni, S., Riccardi, L., Palermo, G., De Vivo, M. Structure and Dynamics of the Acyl Chains in the Membrane Trafficking and Enzymatic Processing of Lipids. Accounts of Chemical Research. 52 (11), 3087-3096 (2019).
- Harayama, T., Riezman, H.
Explore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
ABOUT JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved