JoVE Logo

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Bu protokol, moleküler motorlar ve pasif çapraz bağlayıcılar tarafından bağlanan bir filament ağının davranışını araştırmak için Açık Kaynak hücre iskeleti simülasyonu olan Cytosim'in nasıl kullanılacağını gösterir. Çapraz bağlayıcıların sayısını değiştirmek ve ortaya çıkan ağ sözleşmesini çizmek için adım adım talimatlar içeren genel bir iş akışı izlenir.

Özet

Birçok hücre iskeleti sistemi, kesin kantitatif modellemelerine izin verecek kadar iyi bilinmektedir. Mikrotübül ve aktin filamentleri iyi karakterize edilmiştir ve ilişkili proteinlerin yanı sıra bollukları ve bu elementler arasındaki etkileşimler de sıklıkla bilinir. Bu nedenle, bilgisayar simülasyonları, sistemin kolektif davranışını, deneylere tamamlayıcı bir şekilde hassas bir şekilde araştırmak için kullanılabilir. Cytosim, moleküler motorlar gibi ilişkili proteinlerle birlikte büyük esnek filament sistemlerini işlemek için tasarlanmış bir Açık Kaynak hücre iskeleti simülasyon paketidir. Ayrıca pasif çapraz bağlayıcıları, yayılabilir çapraz bağlayıcıları, nükleatörleri, kesicileri ve yalnızca bir filament üzerindeki boş kafes bölgelerine basan motorların ayrı versiyonlarını simüle etme imkanı sunar. Diğer nesneler, hücredeki kromozomları, çekirdeği veya vezikülleri temsil etmek için kullanılabilecek küresel veya daha karmaşık geometri sunarak filamentleri tamamlar.

Cytosim, bir simülasyonu çalıştırmak ve sonuçlarını görüntülemek için çok yönlü ve programlama becerisi gerektirmeyen basit komut satırı araçları sunar. Bu iş akışında, i) gerekli ortamı yeni bir bilgisayara kurmak, ii) Cytosim'i bir 2D aktomiyosin ağının kasılmasını simüle edecek şekilde yapılandırmak ve iii) sistemin görsel bir temsilini oluşturmak için adım adım talimatlar verilir. Daha sonra, sistem sistematik olarak bir anahtar parametre değiştirilerek incelenir: çapraz bağlayıcıların sayısı. Son olarak, sistemin görsel temsili, bir grafikte kasılmanın sistemin bileşimine nasıl bağlı olduğunu görmek için kasılmanın sayısal olarak ölçülmesiyle tamamlanır. Genel olarak, bu farklı adımlar, hücre iskeleti alanındaki diğer birçok sorunun üstesinden gelmek için birkaç değişiklikle uygulanabilen tipik bir iş akışı oluşturur.

Giriş

Hücre iskeleti, hücre içindeki filamentlerden ve genellikle dikkate değer mekanik özelliklere sahip dinamik bir ağ oluşturan moleküler motorlar gibi ilişkili moleküllerden oluşur. Hücre iskeleti, hemen hemen tüm yaşam formlarında farklı hücre tiplerinde çeşitli konfigürasyonlarda bulunur. Doğru çalışması, bölünme, hareketlilik ve polarizasyon gibi temel hücresel süreçler için gereklidir. Aynı zamanda hücreden hücreye mekanik etkileşimleri yönetir, böylece dokuların ve organizmaların morfogenezini etkiler. Hücre iskeleti çeşitli işlevlerin temelini oluşturur ve birçok biyolojik süreçte kendini gösterir. Örneğin, kasların kasılması, miyozin moleküler motorlarının aktin filamentleri üzerindeki güç vuruşu ile bağlantılıdır. Başka bir örnek, kinesin motorlarının bu nöronların aksonlarının içinde bulunan mikrotübüller boyunca hareketlerine dayanan nöronların bakımıdır. Aktin ve mikrotübüller, iki önde gelen hücre iskeleti filamenti türüdür ve onlarsız, bildiğimiz şekliyle yaşam imkansız olurdu.

Hücre iskeleti esasen sadece kimyasına indirgenemeyen biyomekanik bir sistemdir. Mikrotübüller veya aktin filamentleri binlerce monomerden yapılır ve birkaç mikrometreden fazla uzanır. Bu filamentlerin uzaydaki konformasyonları ve plazma zarına, çekirdeğe veya diğer organellere iletebilecekleri kuvvetler, hücredeki rollerinin kilit yönleridir. Örneğin, aktomiyosin korteks1 olarak adlandırılan bir aktin filamentleri ve miyozin motorları ağı, hayvan hücrelerinde hücre hareketliliğini ve morfolojik değişiklikleri sürdürmek için kuvvetler üretir. Kortikal mikrotübüllerin selüloz fibrillerinin birikimini yönlendirdiği ve böylece hücre duvarı mimarisini kontrol ettiği ve sonuçta bu hücrelerin gelecekte nasıl büyüyeceğini belirleyen bitki hücrelerinde çok farklı bir düzenleme görülür2.

Mekanik, hücre iskeleti operasyonlarında açıkça önemli bir rol oynarken, kimya da aynı derecede önemlidir. Filamentler, monomerlerin sitoplazma3 boyunca yayıldıktan sonra filamentin ucunda kenetlenme yerlerini buldukları kendi kendine birleşme işlemiyle büyür. Moleküler ölçekte, filamentlerin ucundaki montaj ve sökme, bu nedenle, moleküler yakınlıklar4 ile belirlenir. Benzer şekilde, hücre iskeletinin proteinleri yayılır ve bağlanma ve bağlanmama oranları, karşılaştıkları filamentlere olan afinitelerini belirler. Moleküler motorlar söz konusu olduğunda, ATP hidrolizini içeren kimyasal reaksiyon döngüleri, filamentler boyunca hareketlere ve muhtemelen onlara eşlik eden kuvvetlere bağlıdır5. Dikkat çekici bir şekilde, hücre iskeleti birçok olağandışı zorluk ve benzer bileşenleri içeren çok çeşitli süreçler sunar. Biyoloji, kimya ve fizik arasındaki arayüzde zengin bir oyun alanıdır.

Hücre iskeleti sistemleri matematiksel modellemeye uygundur. Aslında, son yıllarda yapılan mükemmel araştırmalar sayesinde, endositoz6 ile gösterildiği gibi, ana moleküler bileşenler büyük olasılıkla zaten tanımlanmıştır. Maya gibi model organizmalarda, bu elementlerin özellikleri ve bazı süreçleri için sistem bileşimi bilinmektedir. Örneğin, mikrotübüllerin7 yapısı ve malzeme özelliklerinin yanı sıra mitotik iğin çeşitli aşamalarındaki sayıları ve ortalama uzunlukları açıklanmıştır8. Mikrotübülleri tutarlı bir mekanik yapıya bağlayan kinesinlerin sayısı genellikle bilinmektedir9. Birçok motorun hızları in vitro10 olarak ölçülmüştür. Ek olarak, deneyciler bu sistemleri vahşi tip veya mutasyona uğramış koşullar altında in vivo olarak gözlemleyebilir ve ölçebilirler. Teoriyi in vivo ve in vitro deneylerle birleştirmek, araştırmacıların bir hücre iskeleti sistemi hakkındaki mevcut bilginin gözlemlenen davranışını açıklamak için yeterli olup olmadığını test etmelerini sağlar. Matematiksel ve hesaplama araçlarının kullanımı, genellikle basitleştirilmiş durumlarda (örneğin, tek moleküllü deneyler) moleküler ölçekteki gözlemlerden türetilen varsayımlar temelinde bileşenlerin toplu olarak nasıl çalıştığına dair çıkarımlar yapmamıza da olanak tanır.

Teorinin rolü pratik bir örnek kullanılarak gösterilebilir: kirpiklerin dövülmesi. Bu dayak, dynein motorlarının kirpiklerdeki mikrotübüller boyunca hareketinden kaynaklanmaktadır. Bu sistemde dynein motorunun hızını neyin belirlediği sorulabilir. Olası bir cevap, maksimum hızın belirli bir vuruş modelini sürdürme gerekliliği ile sınırlandırılmasıdır. Dayak doğal seleksiyon altında olsaydı bu anlaşılabilir olurdu. Bu durumda, motorlar daha hızlı hareket ederse, süreç istenen niteliklerini kaybeder - kirpikler o kadar verimli bir şekilde atmaz ve hatta tamamen başarısız olur. Bu mümkün olsa da, ikinci bir alternatif, bazı içsel faktörlerin dynein'in hızını sınırlayabilmesidir.

Örneğin, hücre, dynein'i daha hızlı hale getirmek için yeterli ATP'ye sahip olmayabilir veya dynein'in aktivitesi için gerekli protein hareketleri hızlandırılamayabilir. Bu durumda, fiziksel sınırlara rağmen motorlar daha hızlı yapılabilseydi, vuruş iyileştirilirdi. Üçüncü bir olasılık, elbette, hızı değiştirmenin süreci önemli ölçüde etkilememesidir, bu da kontrol edilemeyen faktörlere karşı bir miktar "sağlamlık" sağlayarak organizma için avantajlı olabilir. Bu üç olasılık arasında, dynein'in özelliklerinden vuruş modeli hesaplanarak doğru olanı belirlenebilir. Gerçekten de, uygun bir matematiksel model, vuruş modelinin değişen dynein hızından nasıl etkilendiğini ve fiziksel dünyada var olan sınırlara tabi olmadığını tahmin etmelidir. Doğal olarak, modelin geçerliliği doğrulanmalıdır, ancak "yanlış" modeller bile ilginç fikirler üretebilir.

Model, analitik bir çerçeve şeklini alabilir veya sistemin sayısal bir simülasyonu olabilir. Her iki durumda da, moleküler ölçek ile fonksiyonel ölçek arasındaki boşluk bir engel olmaya devam etmektedir ve bu modelleri geliştirmek basit bir iş değildir, çünkü biyolojik sistemi tanımlayan denklemlere birkaç mekanik ve kimyasal işlemin entegre edilmesi gerekir. Teori, basitlik ve gerçekçilik arasında farklı ödünleşimler sunan çeşitli biçimlerde gelir. Bir modeldeki detayların derecesini artırmak, denklemleri çözme veya başka bir deyişle teorinin tahminlerini türetme yeteneğimizi sınırlayabileceğinden her zaman avantajlı değildir. Aynı değiş tokuş simülasyonlar için de geçerlidir. Modelleyiciler, belirli yönleri göz ardı ederken dikkate alınacak sistemin bileşenlerini seçmek zorunda kalacaklar. Bu önemli kararlar, çalışmanın amacına büyük ölçüde bağlı olacaktır. Günümüzde, bilgisayar donanımındaki olağanüstü gelişmeler, birçok hücre iskeleti sistemini, bağlantılarını analiz etmek için yeterli bir süre boyunca yeterli ayrıntıyla simüle etmeyi mümkün kılmaktadır. Bu genellikle araştırmada beklenmedik fikirler ve yeni yönler üretecektir. Örneğin, bu protokolde kullanılacak olanlara benzer simülasyonlar, bir ağın11 bileşimine dayalı olarak kasılmalarını tahmin edebilen bir zarf arkası hesaplamasına yol açtı.

Sayısal yöntemler mühendislik ve fizik bilimlerinde her yerde bulunur ve biyolojide kullanımları artmaktadır. Bugün, neredeyse tüm teknolojik whatchamacallit'lerimiz (saatler, telefonlar, arabalar ve bilgisayarlar) ilk olarak bir bilgisayarda tasarlandı ve bunu yapmak için güçlü yazılımlar var. İyi karakterize edilmiş bir hücre iskeleti sistemi göz önüne alındığında ve uygun bir tanımlama seviyesinin belirlendiği varsayılarak, simüle edilmeden önce birkaç sorunun çözülmesi gerekir. En basit problemler için en uygun hareket yolu, "sıfırdan kodlayarak" bir simülasyon yazmak, başka bir deyişle jenerik bir programlama dili veya MATLAB gibi matematiksel bir platformdan başlamak olabilir. Bu, kodun yazarının neyin uygulandığına dair ayrıntılı bir bilgiye sahip olması ve yazılımın tam olarak nasıl çalıştığını bilmesi avantajına sahiptir. Bununla birlikte, bu rota risksiz değildir ve doktora öğrencilerinin çalışma zamanlarının çoğunu bilimsel soruları ele almak yerine kod yazarak geçirdiklerine tanık olmak nadir değildir.

Alternatif, başkaları tarafından tasarlanan yazılımı kullanmaktır, ancak bu da risksiz değildir; Herhangi bir büyük kaynak kodu, yazarlarının bunu önlemek için en takdire şayan çabalarına rağmen, aşılmaz bir kara kutunun özelliklerini kendiliğinden edinme eğilimindedir. Kara kutuları kullanmak kesinlikle bir bilim insanının hayali değildir. Büyük bir kaynak kodu da bir yükümlülük haline gelebilir ve sıfırdan başlamak, mevcut bir kod tabanını farklı bir şey yapmak için değiştirmekten daha hızlı olabilir. Bu sorunu hafifletmek için, yazılımın yazarlarını her zaman yardıma davet edebilirsiniz, ancak bu yeterli olmayabilir. Sıklıkla, yazılımın yazarları ile onu kullanmak isteyen kişiler arasında bir bilimsel kültür farkı vardır, bu da birçok örtük varsayımın açıklığa kavuşturulması gerektiği anlamına gelir. Kodu Açık Kaynak haline getirerek, yazılımın geliştirilmesine daha fazla kişinin dahil olması ve belgelerini sürdürmesi, böylece kalitesinin artması beklenmektedir. Tüm bunlar, herhangi bir yatırım yapılmadan önce uygun şekilde değerlendirilmesi gereken önemli konulardır. Bununla birlikte, uzun vadede ilerlemenin tek yolu, ortak bilimsel çıkarlara sahip geniş bir topluluk tarafından kullanılan ve sürdürülen sağlam yazılım çözümlerini teşvik etmektir.

Bu protokol Cytosim kullansa da, aynı sistemi simüle edebilecek başka Açık Kaynak araçları da vardır, örneğin, AFINES12, MEDYAN13, CyLaKS14, aLENS15 ve AKYT16 bunlardan birkaçıdır. Ne yazık ki, bu projeleri karşılaştırmak makalenin kapsamı dışındadır. Burada, kasılmalı bir 2D aktomiyosin ağını simüle etmek için adım adım talimatlar verilmiştir. Bu sistem basittir ve Cytosim'in daha iyi kurulmuş kapasitelerinden yararlanır. Cytosim, simülasyonları 2D veya 3D olarak çalıştırabilen platformlar arası bir çekirdek motor etrafında inşa edilmiştir. Modüler bir kod tabanına sahiptir, bu da belirli görevleri gerçekleştirmeyi kolayca özelleştirilebilir hale getirir. Sitozim, 3D'de eşit derecede kararlı ve verimlidir ve geçmişte mikrotübülleri ve aktin filamentlerini içeren çeşitli sorunları araştırmak için başarıyla kullanılmıştır: iki mikrotübül asterinin17 birleşmesi, hücrelerdeki çekirdeklerin hareketi18,19, endositoz6, sitokinez20, mitotik iğinoluşumu 21, mitotik iğinhareketleri 22, Kromozomların23 yakalanması, aktomiyosin ağlarının11,24 kasılması ve kan trombositlerindeki25 mikrotübül halkasının mekaniği ve bu projeler için geliştirilen kapasiteler kodda korunmuştur. Burada açıklanan iş akışı diğer birçok soruna uyarlanabilir. Bazı okuyuculara yabancı olabilecek Unix komut satırını kullanır. Bununla birlikte, komut satırını kullanmak, simülasyonları çalıştırma sürecini otomatikleştirmenin en taşınabilir ve kullanışlı yoludur. Entegre grafik kullanıcı arayüzleri, bir yazılıma kolay ve sezgisel erişim sağlamayı amaçlar, ancak bu genellikle genellik pahasına gelir. Bu makalenin amacı, kolayca değiştirilebilecek veya diğer sorunlara uyarlanabilecek bir yaklaşımı göstermektir. Komutların anlamını açıklamak için notlar verilmiştir.

Bir aktomiyosin ağını simüle etmek için, filamentler yönlendirilmiş çizgiler olarak modellenir ve uzunlukları boyunca dağılmış köşelerle temsil edilir (Şekil 1). Bu, polimer fiziğinde yaygın olan, filamentlerin gerçek 3D doğasını göz ardı eden ancak bükülmenin hesaplanmasına izin veren bir ara açıklama seviyesidir. Filamentler, hem aktin hem de mikrotübül fenomenolojisini kapsayan farklı modelleri izleyerek uçlarında büyüyebilir ve küçülebilir. Hücrelerde, filamentler öncelikle hareketlerini kısıtlayan etkileşimler yoluyla düzenlenir, örneğin, diğer filamentlere bağlanma veya basitçe hücre içinde hapsedilme. Cytosim'de, tüm bu etkileşimler doğrusallaştırılır ve büyük bir matristebirleştirilir 26. Tüm filament köşelerinin hareketini tanımlayan denklemler, viskoz bir ortam ve Brown hareketini temsil eden rastgele dalgalanan terimler varsayılarak bu matristen türetilir. Bu denklemler, filamentlerin hareketini, üzerlerine etki eden tüm kuvvetlerle birlikte kendi kendine tutarlı ve verimli bir şekilde elde etmek için sayısal olarak çözülür26. Bu mekanik motorun üzerine bindirilmiş, moleküler motorların takılması ve ayrılması veya filamentlerin montaj dinamikleri gibi ayrı olayları simüle eden stokastik bir motor vardır. Özetle, Cytosim ilk olarak herhangi bir keyfi şekilde bağlanan bir filament ağının mekaniğini hesaplamak için simüle edilmiş dinamikleri kullanır ve ikinci olarak, filamentleri birbirine bağlayan veya etkileyen proteinlerin bağlanmasını, çözülmesini ve difüzyonunu simüle etmek için stokastik yöntemler kullanır.

Burada gösterilen iş akışı, başlangıçta Cytosim kullanan bir sistemi keşfetmek için sıklıkla takip edildi. Birçok potansiyel kullanıcı için kritik adım, muhtemelen yazılım bileşenlerinin yüklenmesi olacaktır. Yazılımın bir kaynak kodu olarak dağıtılması, Açık Bilim'in zorunluluklarını yerine getirir, ancak yazılımın geliştiricilerinin programı test etmek için yalnızca sınırlı bir mimari havuzuna erişimi olduğundan hatalara eğilimlidir. İşletim sistemleri farklı olduğu için derleme başarısız olabilir. Burada verilen talimatların, bilgisayar sistemleri ve kaynak kodları geliştikçe eski hale gelmesi muhtemeldir. Bu nedenle, en son talimatları çevrimiçi olarak periyodik olarak kontrol etmek çok önemlidir. Sorun olması durumunda, kullanıcıların sorunu çözmeye yardımcı olmak için ilgili geri bildirim kanalında (şu anda Cytosim'in Gitlab'daki ana sayfası) gönderi paylaşarak geri bildirimde bulunmaları şiddetle tavsiye edilir.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protokol

NOT: Protokol şu adımlardan oluşur: Windows 10, MacOS ve Linux için platform hazırlığı; Cytosim'in kurulumu; simülasyon ve test çalışmasının ve grafik gösterimin konfigürasyonu; bir parametreyi değiştiren çoklu çalıştırmalar: ağdaki çapraz bağlayıcıların sayısı; kasılmanın çapraz bağlayıcı sayısından nasıl etkilendiğini görmek için bir grafik oluşturmak; paralel çalışmalar; ve rastgele örnekleme. ">" dan sonraki tüm metinler, terminal penceresine kelimesi kelimesine girilmesi gereken komutlardır. ">" terminal istemini temsil eder ve dahil edilmemelidir, ancak diğer tüm karakterler önemlidir.

1. Platform hazırlığı

NOT: İşletim sistemine (MacOS, Windows 10 veya Linux) bağlı olarak adım 1.1, adım 1.2 veya adım 1.3'ü izleyin.

  1. Hazırlık (MacOS)
    1. Terminali açarak (Uygulamalar/Yardımcı Programlar'da) Xcode Komut Satırı Araçları'nı yükleyin ve şunu girin:
      Gt; xcode-select --install
    2. Cytosim'in kodunu görüntülemek veya düzenlemek için Apple App Store'dan (https://apps.apple.com/us/app/Xcode/id497799835?mt=12) Xcode'u yükleyin.
      NOT: Xcode'un yerleşik düzenleyicisi mükemmel şekilde uygundur. Diğer kod odaklı editörler de çalışır, örneğin TextMate. TextMate'i kullanmak için https://macromates.com'ten talimatları indirin ve izleyin.
  2. Hazırlık (Windows)
    NOT: Windows 10 veya üstü için Cytosim, aşağıda açıklandığı gibi "Linux için Windows Alt Sistemi" (WSL) kullanılarak çalıştırılabilir. Daha eski bir sürüm için bir alternatif Cygwin'dir, ancak talimatlar burada sağlanmamıştır.
    1. WSL 2 gereksinimlerini karşılamak için bilgisayar işletim sistemini güncelleştirin: Windows 10 sürüm 1903 veya üstü, x64 sistemleri için Build 18362 veya üzeri ve ARM64 sistemleri için Build 19041 veya üzeri ile Sürüm 2004 veya üzeri. Sonraki sürüm güncellemeleri için https://docs.microsoft.com/en-us/windows/release-health/release-information kontrol edin.
    2. Görev çubuğunun arama kutusuna Windows özelliklerini aç ve kapat yazın. (figure-protocol-2219) Sanal Makine Platformu'nu ve (figure-protocol-2339) Linux için Windows Alt Sistemi'ni manuel olarak etkinleştirin. Tamam'a tıklayın ve Windows'u yeniden başlatın .
    3. Windows Microsoft Store'a gidin ve Ubuntu'yu arayın. Geçerli sürümü indirin ve yükleyin (03.2022 itibarıyla Ubuntu 20.04 LTS)
    4. Ubuntu Terminalini başlatmak için Başlat'a tıklayın. En son WSL2 Linux Çekirdeğini indirmeniz istenirse, sağlanacak talimatları izleyerek devam edin. Güncellemeyi yükleyin ve Ubuntu'yu yeniden başlatın.
    5. Yeni UNIX kullanıcı adı girmek ve bir parola belirlemek için terminal talimatlarını izleyin. Kullanıcı hesabı kurulduktan sonra, Windows görev çubuğunun arama kutusundan Ubuntu'yu başlatın. Komut penceresinden ana dizini ("." olarak da bilinir) açın:
      > explorer.exe .
    6. WSL uyumlu bir X-Window sunucusu yükleyin, örneğin, Xming: https://sourceforge.net/projects/xming/
    7. Xming simgesine çift tıklayarak X-Window sunucusunu, Xming'i başlatın; Birden Çok Windows'u seçin. Bundan sonra Ubuntu terminalini açın ve adım 1.3'ü (Linux) izleyin.
  3. Hazırlık (Linux)
    NOT: Bu talimatlar, APT paket yöneticisini kullanan Linux dağıtımları için uygundur. Bu komutlar, farklı bir paket yöneticisi kullanan Red Hat Linux gibi dağıtımlar için değiştirilmelidir. Bu durumda, aynı paketleri kurmak için Linux dağıtımının talimatlarını izleyin.
    1. Linux sistemini güncelleyin:
      > sudo apt-get update
      > sudo apt-get yükseltmesi
    2. Bir C++ derleyicisi ve GNU'nun make'ini (https://www.gnu.org/software/make) yükleyin:
      > sudo apt-get install build-essential
    3. BLAS/LAPACK Kitaplıklarını Kurun (http://www.netlib.org/lapack):
      > sudo apt-get install libblas-dev liblapack-dev
    4. OpenGL geliştirici kitaplığını ve başlık dosyalarını (https://www.mesa3d.org) yükleyin:
      > sudo apt-get install mesa-common-dev
    5. GLEW kitaplığını yükleyin (http://glew.sourceforge.net):
      > sudo apt-get install libglew-dev
    6. FreeGLUT kitaplığını yükleyin (http://freeglut.sourceforge.net):
      > sudo apt-get freeglut3-dev'i yükleyin
    7. GIT sürüm kontrol sistemini (https://git-scm.com) yükleyin:
      > sudo apt-get install git
    8. X11 test programlarını yükleyin (örneğin, xeyes, xclock, xcalc):
      > sudo apt-get install x11-apps
    9. Ortam değişkenini ayarlayın EKRAN:
      > dışa aktarma DISPLAY=:0
      1. Bir X11 penceresi açmayı deneyin:
        > xeyes
      2. Bu işe yararsa, 2. adıma geçin. Hata ekranı açamazsa, farklı bir DISPLAY değeri deneyin.
      3. WSL2 makinesinin IP adresini bulun:
        > kedi /etc/resolv.conf
      4. IP numarası görünürse, örneğin "ad sunucusu 10.16.0.7", aşağıdaki X.X.X.X yerine bu IP numarasını kullanın:
        > dışa aktarma DISPLAY= X.X.X.X:0
        > xeyes
      5. Bu işe yararsa, 2. adıma geçin. "Oynat" "ekranı açamazsa", onu bir "xterm" penceresinden çalıştırmayı deneyin:
        > sudo apt install xterm
        > xterm -ekran :0
      6. Açılan yeni pencerede şunu yazın:
        > xeyes

2. Cytosim'in Kurulumu

NOT: Bu adımlar herhangi bir işletim sistemi için benzerdir: MacOS, WSL ve Linux. Aşağıdaki bölümde, terminalde komutlar verilecek ve "mevcut çalışma dizini" simülasyonun derlendiği dizine ayarlanmalıdır. Bu dizin, temel dizin olarak anılacaktır. Alternatif olarak, dosyalar gerektiği gibi kopyalanırsa her şey ayrı bir dizinde yapılabilir. Komut satırına aşina değilseniz, örneğin https://www.learnenough.com/command-line-tutorial veya https://learnpythonthehardway.org/book/appendixa.html gibi bir öğreticiyi takip etmeyi düşünün.

  1. Cytosim kaynak kodunu indirin:
    > git klonu https://gitlab.com/f-nedelec/cytosim.git sitosim
    NOT: Kodu indirmek için bir Gitlab hesabı gerekli değildir. Bu, geçerli dizinde yeni bir "cytosim" alt dizini oluşturmalıdır.
  2. Derlemek:
    > cd sitosim
    > yapmak
    1. Şunu çalıştırarak bir alt yönetici "bin" içinde üç dosya oluşturulduğunu kontrol edin:
      > ls çöp kutusu
    2. Adım 2.2.1 başarısız olursa, cmake (https://cmake.org) yükleyerek derlemek için bu alternatif yöntemi deneyin:
      > mkdir b
      > CD B
      > cmake ..
      > yapmak
      > cd ..
  3. Yürütülebilir dosyaları kontrol edin:
    > Kutusu/SIM Bilgisi
    > Kutusu/Oyun Bilgisi
    1. Her iki yürütülebilir dosyanın da 2B benzetimler gerçekleştirmek için derlendiğini doğrulayın. Yukarıdaki "bilgi" sorgularının aşağıdaki çıktısını arayın:
      Boyut: 2 Periyodik: 1 Duyarlık: 8 bayt
    2. Durum böyle değilse ve ancak o zaman, "src/math/dim.h" dosyasını değiştirin (açın, DIM'i 2 olarak değiştirmek için düzenleyin, kaydedin) ve Cytosim'i yeniden derleyin:
      > temizlemek
      > yapmak
  4. Test çalıştırması
    1. Üç yürütülebilir dosyayı kopyalayın:
      > CP Kutusu/SIM SIM
      > CP Kutusu/Oynat Oynat
      > CP Bin/Rapor Raporu
    2. Yeni bir dizin oluşturun:
      > mkdir çalıştır
    3. Standart yapılandırma dosyasını kopyalayın ve yeniden adlandırın:
      > cp cym/fiber.cym run/config.cym
    4. Simülasyonu başlatın:
      > cd çalıştır
      > .. /Sım
    5. Simülasyonun sonuçlarını görselleştirin:
      > .. /oynamak
      1. Canlandırmak için boşluk çubuğuna basın. Klavye kısayolları hakkında yardım için h tuşuna basın.
      2. Programdan çıkmak için MacOS'ta -Q veya CTRL-Q tuşlarına basın ya da menüden Çık'ı seçinfigure-protocol-8125. Son çare olarak, "oynat" ın başlatıldığı terminal penceresine CTRL-C girin.
    6. Canlı modda çalıştır:
      > .. /canlı oyna

3. Simülasyonun yapılandırılması

  1. Henüz mevcut değilse, kod yönelimli bir metin düzenleyici (örneğin, TextMate, SublimeText) yükleyin.
    Düzenleyiciyi açın ve adım 2.4.2'de oluşturulan "run" dizininde bulunan "config.cym" dosyasını açın. "fiber.cym" (Ek Dosya 1) öğesinin bir kopyası olan yapılandırma dosyasının farklı bölümleri hakkında bilgi edinin.
    NOT: Cytosim genellikle yalnızca ".cym" ile biten bir yapılandırma dosyasını okur. Tüm değişiklikler burada "config.cym" için yapılacaktır. Parametrelerin listesi için Ek Tablo S1'e bakın.
  2. "config.cym" için aşağıdaki değişiklikleri yaparak simülasyonu değiştirin:
    yarıçap=5 → yarıçap=3
    Yeni 1 Filament → Yeni 100 Filament
  3. Adını veya konumunu değiştirmeden dosyayı kaydedin ("config.cym" üzerine yazın). Terminal Penceresine geçin ve simülasyonun aşağıdakilerle beklendiği gibi değiştirilip değiştirilmediğini kontrol edin:
    > .. /canlı oyna
    NOT: Dairenin yarıçapı, Cytosim'deki tüm mesafeler gibi mikrometre (μm) cinsinden belirtilir. Sitozim, mikrometrelerden, pikonewtonlardan ve saniyelerden türetilen, hücrenin ölçeğine uyarlanmış bir birimler sistemini takip eder.
  4. "Fiber filamenti ayarla" paragrafında aşağıdaki değişiklikleri yapın:
    rijitlik=20 → rijitlik=0.1
    segmentasyon= 0.5 → segmentasyon=0.2
    confine=inside, 200, cell → confine= inside, 10, cell
    "Yeni filament" paragrafında değişiklik yapın:
    uzunluk=12 → uzunluk=2
    Aşağıdakileri değiştirerek simüle edilecek süreyi azaltın:
    5000 sistemini çalıştırın → 1000 sistemini çalıştırın
    NOT: Bu, filamentin özelliklerini ayarlar. "Set" paragrafı, filamentlerin kalıcı özelliklerini tanımlarken, "yeni" deki parametreler genellikle başlangıç koşullarıdır. Eğilme sertliği pN μm2 cinsinden belirtilir. Segmentasyon, filamentleri mikrometre (μm) cinsinden tanımlayan köşeler arasındaki yaklaşık mesafedir. Filamentler daha esnek hale getirilirse azaltılması gerekir. Son değişiklik, "hücre" kenarları ile ilişkili hapsetme potansiyelinin sertliğini (pN/μm) azaltır. "Yeni" paragrafta (2 μm) beyan edilen uzunluk, filamentlerin ilk uzunluğudur ve bu modelde filamentler dinamik olmadığı için uzunlukları değişmeyecektir. İlk satırı düzenleyerek yapılandırma dosyasını imzalamanız önerilir:
    % Adınız, tarihiniz, yeriniz
    1. Yapılandırma dosyasının geçerliliğini kontrol edin (adım 3.3'ü tekrarlayın).
  5. Pasif bağlayıcılar oluşturun.
    1. "config.cym" dosyasına, "new" ve "run" komutlarının bulunduğu satırlardan önce, filamentlere afinitesi olan bir moleküler aktivite tanımlamak için yeni bir paragraf ekleyin:
      el bağlayıcıyı ayarla {
      binding_rate = 10
      binding_range = 0.01
      unbinding_rate = 0.2
      }
    2. İki işlevli varlıkları tanımlamak için, hemen altına başka bir paragraf ekleyin:
      çift çapraz bağlayıcıyı ayarla {
      EL1 = bağlayıcı
      EL2 = bağlayıcı
      sertlik = 100
      difüzyon = 10
      }
    3. Önceki paragraflardan sonra ve "çalıştır" komutundan önce bir "yeni" komutu ekleyin:
      Yeni 1000 çapraz bağlayıcı
      NOT: Cytosim'de oranlar s-1 birimlerinde ve aralık mikrometre (μm) cinsinden belirtilir. Sertlik, mikrometre başına pikonewton birimi (pN/μm) ve difüzyon katsayısı saniyede mikrometre kare (μm2/s) cinsinden belirtilir. Yapılandırma dosyasındaki komutların sırası önemlidir ve bu paragraflar herhangi bir "çalıştır" komutundan önce görünmelidir, aksi takdirde etkili olmazlar. Cytosim'in nesneleri hakkında daha fazla bilgi edinmek için, temel dizinin "doc" alt klasöründe bulunan "tuto_introduction.md" içindeki öğreticiyi izleyin: doc/tutorials/.
  6. İki işlevli motorlar oluşturun.
    1. "config.cym" içine, "new" ve "run" komutunun bulunduğu satırlardan önce yeni bir paragraf ekleyin:
      el motorunu ayarla {
      binding_rate = 10
      binding_range = 0.01
      unbinding_rate = 0.2
      Aktivite = Hareket
      unloaded_speed = 1
      stall_force = 3
      }
    2. Bir öncekinden sonra başka bir paragraf ekleyin:
      çift kompleksi ayarla {
      EL1 = Motor
      EL2 = Motor
      sertlik = 100
      difüzyon = 10
      ​}
    3. Önceki paragraflardan sonra ve "çalıştır" komutundan önce bir "yeni" komutu ekleyin:
      Yeni 200 kompleksi
      NOT: "aktivite = hareket", filament üzerinde sürekli hareket eden bir motoru belirtir. Motor, yüksüz hız (μm/s) ve durma kuvveti (piconewton) ile karakterize edilen doğrusal bir kuvvet-hız eğrisine (Şekil 1) uyar. Her zaman adımında, τ, v × τ olmak üzere bir mesafe ile hareket eder. "activity = none" kullanmak, hareket etmeyen bir molekülü belirtir ve bu varsayılan aktivite olduğundan, "aktivite" yi tamamen atlayabiliriz. Başka aktiviteler de mümkündür, örneğin, "aktivite = yürüyüş", filament boyunca ayrı adımlara sahip bir motoru belirtir. "unloaded_speed", artı uç yönlendirmeli bir motor için olumludur. Negatif bir değer belirtmek, motorun eksi uçlara doğru hareket etmesini sağlar. Bu, Cytosim'in ilk eğitiminde daha ayrıntılı olarak açıklanmıştır (adım 3.5.2'deki bağlantıya bakın).
  7. Dosyayı kaydedin.
    Simülasyonu kontrol edin:
    > .. /canlı oyna
    Simülasyonu çalıştırın:
    > .. /Sım
    Sonuçları görselleştirin:
    > .. /oynamak
    Son yapılandırma dosyasını temel dizine kopyalayın:
    > cp config.cym .. /config.cym
    NOT: Son dosyanız Ek Dosya 2'ye ("jove.cym") benzer olmalıdır. Bu simülasyonu hesaplamak için ne kadar zaman gerektiğini not edin. İlerleyen bölümlerde bu süre, bir parametrenin değiştiği bir grafik oluşturmak için yapılan simülasyon sayısı ile çarpılacaktır.

4. Parametre taraması

NOT: Bu bölümde, ağdaki çapraz bağlayıcıların sayısı sistematik olarak değiştirilmiştir.

  1. Python betiklerini içeri aktarın.
    1. Temel dizinin içinde bir "byn" alt dizini oluşturun:
      > mkdir byn
    2. Standart Cytosim dağıtımından üç komut dosyası kopyalayın:
      > cp python/run/preconfig.py byn/preconfig
      > cp python/look/scan.py byn/.
      > cp python/look/make_page.py byn/.
      NOT: Güvenlik için, bu dosyaların kopyaları bu makaleyle birlikte Ek Dosya 3, Ek Dosya 4 ve Ek Dosya 5 olarak sağlanmaktadır.
  2. Dosyaları yürütülebilir hale getirin:
    > chmod +x byn/preconfig
    > chmod +x BYN/scan.py
    > chmod +x BYN/make_page.py
    1. Komut dosyalarının doğru şekilde yürütülüp yürütülmediğini kontrol edin:
      > BYN/Preconfig Yardımı
      > BYN/scan.py Yardım
      > BYN/make_page.py Yardım
      NOT: Bu, her bir komutun nasıl kullanılabileceğine dair bir açıklama yazdırmalıdır. Komut dosyalarını daha basit bir şekilde çağırmak için PATH değişkenini değiştirmek mümkündür; Bkz. https://en.wikipedia.org/wiki/PATH_(Değişken).
    2. Sorun giderme
      1. Hata "komut bulunamadı" ise, dosyanın konumuna karşılık gelmesi gereken belirtilen yolu kontrol edin. İşletim sistemi python2 sağlamadığı için başka bir hata türü varsa, üç .py dosyasını düzenleyin ve her dosyanın ilk satırı olan shebang'ı değiştirin (sadece "3" ekleyin):
        #!/usr/bin/env python → #!/usr/bin/env python3
  3. Yapılandırma dosyasını bir "şablon" yapmak için kopyalayın (Ek Dosya 6):
    > cp config.cym config.cym.tpl
  4. Şablon yapılandırma dosyasını düzenleyin. Kod düzenleyicisinde, temel dizinde bulunan "config.cym.tpl" dosyasını açın. Değişken bir metin öğesi eklemek için bir satırı değiştirin:
    Yeni 1000 çapraz bağlayıcı → Yeni [[Aralık(0,4000,100)]] çapraz bağlayıcı
    NOT: Preconfig, çift parantez içinde yer alan kodu tanıyacak ve bu kodu Python'da çalıştırarak elde edilen bir değerle değiştirecektir. Python'da "range(X,Y,S)", X'ten Y'ye kadar olan tamsayıları S'lik bir artışla belirtir; Bu durumda [0, 100, 200, 300, ... 4000]. Amaç, simülasyona eklenen çapraz bağlayıcıların sayısını değiştirmektir.
  5. Şablondan yapılandırma dosyaları oluşturun:
    > byn/preconfig run%04i/config.cym config.cym.tpl
    NOT: Bu, "range(0,4000,100)" içinde belirtilen her değer için bir tane olmak üzere 40 dosya oluşturmalıdır. Preconfig tarafından oluşturulacak dosyaların isimleri "run%04i/config.cym" ile belirtilir. Bu özel kodla, Preconfig "run0000/config.cym", "run0001/config.cym" vb. oluşturacaktır. Aslında "run0000", "run0001" vb. dizinleri yapacak ve her birinde bir "config.cym" dosyası oluşturacaktır. Daha fazla ayrıntı için Preconfig'in yardımına bakın ("byn/preconfig help" komutunu çalıştırın). Hata durumunda, komutun tam olarak yazılıp yazılmadığını kontrol edin. Her karakter önemlidir.
  6. Tüm simülasyonları sırayla çalıştırın:
    > Byn/scan.py '.. /sim' komutunu çalıştırın????
    NOT: "scan.py" programı, sağlanan dizinler listesinde belirtilen komutu yürütecektir. Bu durumda, bu dizin listesi "çalıştır????" ile belirtilir. Soru işareti, herhangi bir karakterle eşleşen bir joker karakterdir. Bu nedenle, "run????", "run" ile başlayan ve tam olarak dört karakterle devam eden herhangi bir adla eşleşir. Alternatif olarak, "*" herhangi bir dizeyle eşleştiği için aynı listeyi oluşturmak için "run*" kullanılabilir.
    1. Sorun olması durumunda, adım 4.5'te oluşturulan tüm dizinlerde sırayla "sim" komutunu çalıştırmak için bu komutu yeni bir terminal penceresinden yürütün. İşlemin tamamlanması için yaklaşık 30 dakika bekleyin, ancak bu büyük ölçüde bilgisayar kapasitelerine bağlıdır. "config.cym" dosyasını düzenleyerek istenen hesaplama miktarını azaltın:
      1000 sistemini çalıştırın → 500 sistemini çalıştırın
  7. Bazı simülasyonları görselleştirin:
    > ./play run0010
    > ./play run0020
  8. Tüm simülasyonlar için görüntüler oluşturun:
    > Byn/scan.py '.. /oynat görüntü boyutu=256 kare=10' çalıştır????
  9. Bir HTML özet sayfası oluşturun:
    > BYN/make_page.py döşeme=5 çalıştırma????
    1. Bir web tarayıcısında "page.html" açın.

5. Bir grafik yapmak

NOT: Bu bölümde, parametre taramasının sonuçlarından bir çizim yapılır.

  1. Raporun yürütülebilir dosyasını kontrol edin:
    > cd çalıştır
    > .. /rapor ağı:boyut
    NOT: Yörüngedeki her kare için bu, "polimer" ve "yüzey"e karşılık gelen bazı yorumlar ve iki sayı yazdıracaktır. Yalnızca ağ "yüzeyi" (son sütun) kullanılacaktır.
    1. Aşağıdakileri kullanarak bilgileri özellikle tek bir kareyle sınırlayın:
      > .. /rapor ağı:boyut çerçevesi=10
    2. Çıktının işlenmesini kolaylaştırmak için yorumları kaldırın:
      > .. /rapor ağı:boyut çerçevesi=10 ayrıntılı=0
    3. Son olarak, Unix boru tesisini (">") kullanarak çıktıyı bir dosyaya yönlendirin:
      > .. /rapor ağı:boyut çerçevesi=10 ayrıntılı=0 > net.txt
    4. Doğrulama için dosyanın içeriğini terminale yazdırın:
      > kedi net.txt
      NOT: Bu, iki sayı yazdırmalıdır. İkincisi ise 10. karede ağın kapladığı yüzeydir. Aynı işlemi tüm "çalıştırma" dizinlerinde yürütmek için dizini değiştirin:
      > cd ..
  2. Her simülasyon alt dizininde bir rapor oluşturun:
    > Byn/scan.py '.. /report network:size frame=10 verbose=0 > net.txt' çalıştır????
    NOT: Yine scan.py, "run????" ile belirtilen tüm dizinlerde tırnak içindeki komutu çalıştıracaktır. Komut, adım 5.1'de denenen son komuttur. Bu, her dizinde bir "net.txt" dosyası oluşturacaktır ("ls run????" deneyin).
  3. Bu sayıları inceleyin:
    > BYN/scan.py 'Cat net.txt' Koşusu????
    1. Dizinin adını ve komutun çıktısını birleştirmek için "+" seçeneğini ekleyin:
      > BYN/scan.py + 'Cat net.txt' koşusu????
  4. Bu numaraları bir dosyada toplayın:
    > BYN/scan.py + 'Cat net.txt' koşusu???? > results.txt
  5. Sayısal olmayan tekrarlanan metni silerek "results.txt" dosyasını temizleyin. Kod düzenleyicisinde "result.txt" açın ve tüm "çalıştırma" dizelerini kaldırmak için "metni değiştir" i kullanın. Yalnızca üç harfi kaldırın ve sayıları saklayın; "run0000", "0000" olmalıdır.
    NOT: Bu, yalnızca üç sütun halinde düzenlenmiş sayıların bulunduğu bir dosya bırakmalıdır.
  6. "result.txt" içindeki verilerden bir kasılma grafiği oluşturun. X için sütun 1'i ve Y için sütun 3'ü kullanarak bir çizim oluşturmak için herhangi bir yöntemi kullanın. X eksenini çapraz bağlayıcı sayısı/100 olarak etiketleyin. Y eksenini yüzey (mikrometre^2) olarak etiketleyin.
  7. Tüm simülasyonları ayrı bir dizinde saklayın:
    > mkdir kaydet1
    > OG çalışması???? kaydet1

6. Bir grafik yapmak için alternatif yöntem

  1. "config.cym.tpl" komutunun sonuna, run komutunun kapanış "}" işaretinden sonra yeni bir satıra bir rapor komutu ekleyin:
    rapor ağı:boyut net.txt { ayrıntılı = 0 }
  2. Yapılandırma dosyaları oluşturun:
    > byn/preconfig run%04i/config.cym config.cym.tpl
  3. Paralel iş parçacıkları kullanarak tüm simülasyonları çalıştırın:
    > Byn/scan.py '.. /sim' komutunu çalıştırın???? njobs=4
    1. Bilgisayarın kapasitesine bağlı olarak iş sayısını (njobs=4) ayarlayın. CPU kaynaklarının, örneğin MacOS'taki Activity Monitor Uygulaması tarafından kullanımını izleyin.
  4. Verileri toplayın:
    > BYN/scan.py + 'Cat net.txt' koşusu???? > results.txt
  5. Adım 5.5 ve 5.6'da olduğu gibi bir çizim yapın.
  6. Önceki tüm çalıştırmaları ayrı bir dizinde saklayın:
    > mkdir save2
    > OG çalışması???? kaydet2

7. Rastgele örnekleme kullanılarak geliştirilmiş çizim

NOT: Burada bir değişken, Python'un "rastgele" modülünden bir jeneratör işlevi kullanılarak örneklenmiştir.

  1. Kod düzenleyicisinde, temel dizinde bulunan "config.cym.tpl" şablon yapılandırma dosyasını açın. "Yeni çapraz bağlayıcı"dan hemen önce iki satır ekleyin:
    [[num = int(rastgele.üniforma(0,4000))]]
    %[[num]] xlinker'lar
    Ayrıca bu değişkeni kullanmak için "new" komutunu değiştirin:
    Yeni [[Aralık(0,4000,100)]] çapraz bağlayıcı → Yeni [[NUM]] çapraz bağlayıcı
    NOT: İlk satır rastgele bir "num" değişkeni oluşturur. İkinci satır parametre değerini yazdırır. "%" karakteri, Cytosim'e satırı atlaması talimatını vereceği için önemlidir. Yakında "xlinkers" tanınabilir bir etiket görevi görecek ve her dosyada yalnızca bir kez görünmesi gerekiyor.
    1. "config.cym.tpl" dosyasının en sonunda bir rapor talimatı olduğundan emin olun:
      rapor ağı:boyut net.txt { ayrıntılı = 0 }
  2. Yapılandırma dosyaları oluşturun:
    > byn/preconfig run%04i/config.cym 42 config.cym.tpl
    NOT: Bu, 42 dosya oluşturmalıdır. Bilgisayar yeterince hızlıysa bu sayı artırılabilir. Rastgele oluşturulan değerler, dosyaları aramak için Unix aracı "grep" kullanılarak görülebilir:
    > grep xlinker'lar çalışır???? /config.cym
  3. Tüm simülasyonları paralel olarak çalıştırın:
    > Byn/scan.py '.. /sim' komutunu çalıştırın???? njobs=4
    NOT: İş sayısını bilgisayarın kapasitesine göre ayarlayın. En iyi sonuçlar için, "njobs" değişkeni bilgisayarın çekirdek sayısına eşit olarak ayarlanmalıdır.
  4. Tek bir komut kullanarak verileri toplayın:
    > byn/scan.py + 'grep xlinkers config.cym; Kedi net.txt'ın koşusu???? > results.txt
    NOT: scan.py'ın "+" seçeneği, komutun tüm çıktılarını tek bir satırda birleştirecektir. Bu durumda, komut aslında bir yarım sütunla (";") ayrılmış iki komuttan oluşur. Veri toplama her zaman bir Python betiği ile otomatikleştirilebilir.
  5. Dosyayı temizleyin. Kod düzenleyicide "result.txt" açın. Bir simülasyona karşılık gelen tüm verilerin tek bir satırda yer aldığından emin olmak için, "xlinkers" dizesinin tüm oluşumlarını silin ve her satırın başındaki "%" karakterlerini kaldırın. Son olarak, üç sayısal değer sütununda düzgün bir şekilde düzenlenmesi gereken "result.txt" i kaydedin.
  6. Adım 5.6'yı tekrarlayarak verileri çizmek için bir grafik oluşturun, ancak X eksenini çapraz bağlayıcı sayısı olarak etiketleyin
  7. Veri kümesini yeni bir alt dizine kaydedin:
    >mkdir set1
    > OG çalışması???? set1/.
    > MV results.txt set1/.
  8. 7.2-7.6 arasındaki adımları yineleyerek başka bir veri kümesini hesaplayın ve ardından üç komutta da "set1" yerine "set2" yazarak 7.8 adımını yineleyin.
  9. Birleştirilmiş bir arsa yapın.
    1. İki veri dosyasını birleştirin:
      > kedi seti?/results.txt > results.txt
      NOT: Yeni "result.txt" daha büyük olmalıdır.
    2. Adım 7.7'de açıklandığı gibi birleşik bir grafik oluşturmak için verileri çizin.

8. Tam otomatik boru hattı

NOT: Bu kısımda manuel müdahale gerektiren tüm işlemler yerini komutlar almıştır. Bu yapıldığında, tüm adımları otomatik olarak gerçekleştiren tek bir komut dosyası yazmak mümkün olacaktır. Bu betik, işlem grubu gibi uzak bir bilgisayarda çalıştırılabilir.

  1. results.txt dosyasını "temizlemek" için Unix "sed" komutunu kullanın ve adım 7.6'nın yerini alın.
    1. Satırların başındaki "%" işaretini kaldırın:
      > sed -e 's/%//g' results.txt > tmp.txt
    2. "Xlinker'ları" kaldırın:
      > sed -e 's/xlinkers//g' tmp.txt > results.txt
  2. Tüm komutları doğru sırayla art arda çağırmak için bir komut dosyası yazın.
    1. Farklı diller kullanın: bash veya Python.
    2. "pipeline.bash" dosyasını oluşturun ve işlem hattını çalıştırmak için gereken tüm komutları kopyalayın.
    3. Komut dosyasını yürütün:
      > bash pipeline.bash
  3. Otomatik bir çizim komut dosyası kullanın.
    NOT: Tüm manuel müdahaleleri kaldırmak avantajlı olabilir. Doğrudan bir veri dosyasından bir PDF grafiği oluşturmak için birçok araç mevcuttur, örneğin, gnuplot (http://www.gnuplot.info), PyX (https://pyx-project.org) veya Seplot (https://pypi.org/project/seplot/).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Sonuçlar

2. bölümde, Cytosim'in "make" kullanılarak başarılı bir şekilde derlenmesi, "bin" alt dizininde sim, play ve report üretmelidir. Adım 2.3'ün çıktısı ("sim bilgisi"), diğer şeylerin yanı sıra "Boyut: 2"yi göstermelidir. 3. bölümde, yapılandırma dosyası Ek Dosya 1 olarak sağlanan jove.cym'e benzer olmalıdır. Bölüm 4'te, simülasyonlardanadım 4.8'de elde edilen büyücüler, Şekil 2'de

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Tartışmalar

Bu makalede özetlenen yöntem, açıklanan protokol boyunca çeşitli şekillerde kullanılan üç küçük ve bağımsız Python programına dayanır. İlk komut dosyası ön yapılandırması , özel Python komut dosyaları yazma ihtiyacının yerini alabilecek çok yönlü bir araçtır27. Tek bir şablon dosyasından birden çok yapılandırma dosyası oluşturmak için kullanılır, hangi parametrenin değiştirilmesi gerektiğini ve nasıl değişt...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Açıklamalar

Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.

Teşekkürler

SLCU modelleme kulübü üyelerine, özellikle Tamsin Spelman, Renske Vroomans, Cameron Gibson, Genevieve Hines ve Euan Smithers'a ve protokolün diğer beta test kullanıcıları Wei Xiang Chew, Daniel Cortes, Ronen Zaidel-Bar, Aman Soni, Chaitanya Athale, Kim Bellingham-Johnstun, Serge Dmitrieff, Gaëlle Letort ve Ghislain de Labbey'e teşekkür ederiz. Gatsby Charitable Foundation (Grant PTAG-024) ve Avrupa Araştırma Konseyi'nden (ERC Synergy Grant, proje 951430) destek alıyoruz.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Malzemeler

NameCompanyCatalog NumberComments
A personal computerMacOS, Windows 10 or Linux
config.cym.tpltemplate configuration file; https://gitlab.com/f-nedelec/cytosim.git
jove.cymCytosim configuration file
make_page.pyPython script; https://github.com/nedelec/make_page.py
preconfigPython script; https://github.com/nedelec/preconfig
scan.pyPython script; https://github.com/nedelec/scan.py

Referanslar

  1. Chugh, P., Paluch, E. K. The actin cortex at a glance. Journal of Cell Science. 131 (14), (2018).
  2. Elliott, A., Shaw, S. L. Update: Plant cortical microtubule arrays. Plant Physiology. 176 (1), 94-105 (2018).
  3. Odde, D. J. Estimation of the diffusion-limited rate of microtubule assembly. Biophysical Journal. 73 (1), 88-96 (1997).
  4. Kerssemakers, J. W. J., et al. Assembly dynamics of microtubules at molecular resolution. Nature. 442 (7103), 709-712 (2006).
  5. Carter, N. J., Cross, R. A. Mechanics of the kinesin step. Nature. 435 (7040), 308-312 (2005).
  6. Mund, M., vander Beek, J. A., et al. Systematic nanoscale analysis of endocytosis links efficient vesicle formation to patterned actin nucleation. Cell. 174 (4), 884-896 (2018).
  7. Kikumoto, M., Kurachi, M., Tosa, V., Tashiro, H. Flexural rigidity of individual microtubules measured by a buckling force with optical traps. Biophysical Journal. 90 (5), 1687-1696 (2006).
  8. Ward, J. J., Roque, H., Antony, C., Nedelec, F. J. Mechanical design principles of a mitotic spindle. eLife. 3, 1-28 (2014).
  9. Burkhart, J. M., Vaudel, M., et al. The first comprehensive and quantitative analysis of human platelet protein composition allows the comparative analysis of structural and functional pathways. Blood. 120 (15), 73-82 (2012).
  10. Howard, J. Mechanics of Motor Proteins and the Cytoskeleton. Sinauer Associates. , Sunderland, MA. (2001).
  11. Belmonte, J. M., Leptin, M., Nedelec, F. A theory that predicts behaviors of disordered cytoskeletal networks. Molecular Systems Biology. 13 (9), 941(2017).
  12. Freedman, S. L., Banerjee, S., Hocky, G. M., Dinner, A. R. A versatile framework for simulating the dynamic mechanical structure of cytoskeletal networks. Biophysical Journal. 113 (2), 448-460 (2017).
  13. Popov, K., Komianos, J., Papoian, G. A. MEDYAN: Mechanochemical simulations of contraction and polarity alignment in actomyosin networks. PLoS Computational Biology. 12 (4), 1004877(2016).
  14. Fiorenza, S. A., Steckhahn, D. G., Betterton, M. D. Modeling spatiotemporally varying protein-protein interactions in CyLaKS, the Cytoskeleton Lattice-based Kinetic Simulator. The European Physical Journal. E, Soft Matter. 44 (8), 105-119 (2021).
  15. Yan, W., et al. aLENS: Towards the cellular-scale simulation of motor-driven cytoskeletal assemblies. arXiv. , (2021).
  16. Tam, A. K. Y., Mogilner, A., Oelz, D. B. Protein friction and filament bending facilitate contraction of disordered actomyosin networks. Biophysical Journal. 120 (18), 4029-4040 (2021).
  17. Nedelec, F. Computer simulations reveal motor properties generating stable antiparallel microtubule interactions. The Journal of Cell Biology. 158 (6), 1005-1015 (2002).
  18. Gibeaux, R., Politi, A. Z., Philippsen, P., Nedelec, F. Mechanism of nuclear movements in a multinucleated cell. Molecular Biology of the Cell. 28 (5), 567-691 (2017).
  19. De Simone, A., Nedelec, F., Gönczy, P. Dynein transmits polarized actomyosin cortical flows to promote centrosome separation. Cell Reports. 14 (9), 2250-2262 (2016).
  20. Descovich, C. P., et al. Cross-linkers both drive and brake cytoskeletal remodeling and furrowing in cytokinesis. Molecular Biology of the Cell. 29 (5), 622-631 (2018).
  21. Loughlin, R., Heald, R., Nedelec, F. A computational model predicts Xenopus meiotic spindle organization. The Journal of Cell Biology. 191 (7), 1239-1249 (2010).
  22. Kozlowski, C., Srayko, M., Nedelec, F. Cortical microtubule contacts position the spindle in C. elegans embryos. Cell. 129 (3), 499-510 (2007).
  23. Burdyniuk, M., Callegari, A., Mori, M., Nedelec, F., Lénárt, P. F-Actin nucleated on chromosomes coordinates their capture by microtubules in oocyte meiosis. The Journal of Cell Biology. 217 (8), 2661-2674 (2018).
  24. Mori, M., et al. An Arp2/3 nucleated F-actin shell fragments nuclear membranes at nuclear envelope breakdown in starfish oocytes. Current Biology. 24 (12), 1421-1428 (2014).
  25. Dmitrieff, S., Alsina, A., Mathur, A., Nedelec, F. J. Balance of microtubule stiffness and cortical tension determines the size of blood cells with marginal band across species. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (17), 4418-4423 (2017).
  26. Nedelec, F., Foethke, D. Collective Langevin dynamics of flexible cytoskeletal fibers. New Journal of Physics. 9 (11), 499-510 (2007).
  27. Nedelec, F. preconfig: A versatile configuration file generator for varying parameters. Journal of Open Research Software. 5 (1), 9(2017).
  28. Burute, M., et al. Polarity reversal by centrosome repositioning primes cell scattering during epithelial-to-mesenchymal transition. Developmental Cell. 40 (2), 168-184 (2017).
  29. Manhart, A., Windner, S., Baylies, M., Mogilner, A. Mechanical positioning of multiple nuclei in muscle cells. PLoS Computational Biology. 14 (6), 1006208(2018).
  30. Jain, K., Khetan, N., Athale, C. A. Collective effects of yeast cytoplasmic dynein based microtubule transport. Soft Matter. 15 (7), 1571-1581 (2019).
  31. Strübing, T., et al. Wrinkling instability in 3D active nematics. Nano Letters. 20 (9), 6281-6288 (2020).
  32. Akamatsu, M., et al. Principles of self-organization and load adaptation by the actin cytoskeleton during clathrin-mediated endocytosis. eLife. 9, 49840(2020).
  33. Hirst, W. G., Biswas, A., Mahalingan, K. K., Reber, S. Differences in intrinsic tubulin dynamic properties contribute to spindle length control in Xenopus species. Current Biology. 30 (11), 2184-2190 (2020).
  34. Sobral, A. F., et al. Plastin and spectrin cooperate to stabilize the actomyosin cortex during cytokinesis. Current Biology. 31 (24), 5415-5428 (2021).
  35. Sahu, S., Herbst, L., Quinn, R., Ross, J. L. Crowder and surface effects on self-organization of microtubules. Physical Review E. 103 (6-1), 062408(2021).
  36. Gros, O. J., Damstra, H. G. J., Kapitein, L. C., Akhmanova, A., Berger, F. Dynein self-organizes while translocating the centrosome in T-cells. Molecular Biology of the Cell. 32 (9), 855-868 (2021).
  37. Serwas, D., et al. Mechanistic insights into actin force generation during vesicle formation from cryo-electron tomography. Developmental Cell. 57 (9), 1132-1145 (2022).
  38. Gittes, F., Mickey, B., Nettleton, J., Howard, J. Flexural rigidity of microtubules and actin filaments measured from thermal fluctuations in shape. The Journal of Cell Biology. 120 (4), 923-934 (1993).
  39. Guo, B., Guilford, W. H. Mechanics of actomyosin bonds in different nucleotide states are tuned to muscle contraction. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (26), 9844-9849 (2006).
  40. Rovner, A. S., Fagnant, P. M., Trybus, K. M. Phosphorylation of a single head of smooth muscle myosin activates the whole molecule. Biochemistry. 45 (16), 5280-5289 (2006).
  41. Walcott, S., Warshaw, D. M., Debold, E. P. Mechanical coupling between myosin molecules causes differences between ensemble and single-molecule measurements. Biophysical Journal. 103 (3), 501-510 (2012).
  42. Finer, J. T., Simmons, R. M., Spudich, J. A. Single myosin molecule mechanics: piconewton forces and nanometre steps. Nature. 368 (6467), 113-119 (1994).
  43. Aratyn, Y. S., Schaus, T. E., Taylor, E. W., Borisy, G. G. Intrinsic dynamic behavior of fascin in filopodia. Molecular Biology of the Cell. 18 (10), 3928-3940 (2007).
  44. Goldmann, W. H., Isenberg, G. Analysis of filamin and alpha-actinin binding to actin by the stopped flow method. FEBS Letters. 336 (3), 408-410 (1993).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

H cre skeleti SistemleriMikrot b lAktin FilamentleriKantitatif ModellemeBilgisayar Sim lasyonlarSitozimA k KaynakMolek ler Motorlarapraz Ba lay c larN kleat rlerAktomiyosin ASim lasyon AkKas lma Miktar n n BelirlenmesiG rsel Temsil

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Araştırma

Eğitim

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır