12 сентября Индикатор

Математическое моделирование объяснило ночное видение животных

Исследователи из Университета Хиросимы использовали математическую модель для описания движения хроматина — компонента хромосом — в ядре клеток. Это позволило ученым объяснить отличие в строении клеток сетчатки ночных и дневных животных. Статья об открытии опубликована в журнале PLOS Computational Biology.

Ночные и дневные млекопитающие видят одно и то же, но только в короткий период их жизни. Например, когда рождаются мышата, хроматин в клетках их глаз имеет структуру, которая позволяет им видеть днем. Со временем расположение этого хроматина медленно меняется, что позволяет мышам видеть ночью. Детали этого процесса оставались неизвестны ученым до сегодняшнего дня.

Если бы мы могли заглянуть внутрь ядра, мы бы увидели, что хроматин бывает разный. Существует несколько различных типов этого вещества, которые находятся на разных территориях. Вокруг центра ядра находится эухроматин, который упакован менее плотно, но имеет большую активность при транскрипции. Гетерохроматин лежит вокруг оболочки ядра. В отличие от эухроматина, он более плотный, из-за чего активируется менее активно.

Различия в строении клеток сетчатки ночных и дневных животных состоят по большей части в расположении гетерохроматина. У дневных зверей это вещество оказывается полностью помещено в ядро. А вот клетки ночных животных, как показали исследования, могут содержать хроматин вне ядерной оболочки.

Для описания движения хроматина ученые использовали метод фазового поля. Он обычно используется в физике для таких вещей, как разделение кристаллических структур льда воды. Используя эту функцию, ученые смогли построить модель движения хроматина во внутренней и внешней части ядра, а также предсказать перемещение отдельно эухроматина и гетерохроматина.

Когда группа наблюдала гетерохроматин в глазах мыши, они обнаружили, что изменение внешних условий вызвало динамическую деформацию, которая привела к смене архитектуры ядра. За счет этого из клетки удалились два белка, что позволило гетерохроматину перемещаться. Затем исследователи протестировали свою модель на нейронных стволовых клетках, которые имитируют клетки сетчатки. После обработки клеток белками, которые удерживают гетерохроматин на периферии ядра, деформация прекратилась. Кластеризация хроматина усилилась, и ядерная архитектура не изменилась. Это открытие согласуется с созданной учеными математической моделью.

Мой район