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2号站WPI的研究人员将NIH的资金用于开发人类细胞分裂的计算模型

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伍斯特理工学院(WPI)的两名研究人员获得了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的917,999美元奖金,用于开发用于研究癌症中经常出错的细胞关键部件的计算模型。
 
这项为期三年的研究将使用数学技术和生物学发现来评估细胞力如何影响有丝分裂纺锤体的几何形状。有丝分裂纺锤体是细胞分裂过程中负责分离遗传物质的机器的一部分。
 
在细胞分裂的过程中,有太多的事情需要通过实验室的实验来梳理和检查所有可能在起作用的力量。但是通过结合实验和建模,你可以探索导致细胞梭形结构缺陷的因素。”
 
萨拉·奥尔森,WPI数学科学副教授和该项目的主要研究员(PI)
 
这项研究将以Olson和生物学和生物技术助理教授Amity Manning先前的工作为基础,建立计算模型来阐明人类上皮细胞分裂时的力量。Olson和Manning都隶属于WPI的生物信息学和计算生物学计划。
 
计算模型使用数学和计算机模拟来调整复杂系统中的大量变量并观察结果。细胞分裂是一个复杂的过程,在这个过程中,母细胞复制包含遗传指令的染色体,然后分裂成两个新的子细胞。
 
一个正在分裂的健康细胞包含两个中心体,二号站平台它们固定在分子纺锤体的两端。当细胞分裂时,所有染色体的一个副本被拉向每个锚点或纺锤极。两个分裂产生的细胞都继承了相同的染色体。
 
然而,癌细胞通常含有两个以上的中心体。这些额外的中心体必须聚集在一起,形成具有功能的具有两个主轴的纺锤体,这样癌细胞就可以分裂成两个新的癌细胞。如果额外的中心体没有聚集在一起,一个带有额外中心体的癌细胞就会分裂成两个以上的新细胞,而每个新细胞所继承的遗传物质太少,无法存活。这表明限制中心体聚集的干预可以促进癌细胞的死亡。
 
研究人员可以在显微镜下观察细胞分裂,操纵参与这一过程的基因和蛋白质,2号站并监测缺陷发生时的后果,但实验室实验的成果有限,Manning说。
 
“细胞分裂中有很多冗余和重叠的功能,”曼宁说。“我们想了解中心体聚集是如何被调节的,以及它是如何影响基本的细胞生物学的。通过建模,我们可以简化复杂的函数和测试场景,以更好地理解正在发生的事情。”
 
在这个项目中,研究人员将开发新的计算模型,阐明细胞初始中心体位置和细胞分裂之间的关系。他们还将确定在有额外中心体的分裂细胞中,诸如动力蛋白等力是如何影响中心体的运动的。实验室实验将提供新的计算模型,Olson和Manning说,这些模型将刺激更多的实验室实验。
 
“这是一个真正平衡数学和生物学的合作项目,”曼宁说。“我们可以进行头脑风暴,思考建模问题、生物学问题,以及如何将我们的专长应用到这个问题上。”

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