Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
В настоящей работе гибридная клеточно-автоматная модель начальных стадий агрегации клеточного слизевика Dictyostelium discoideum, предложенная авторами ранее, модифицирована посредством учета зависимости движения миксамеб от внутриклеточной концентрации Ca2+. Клеточный автомат представляет собой трехмерную решетку, ячейки которой либо пусты, либо содержат одну амебу, то есть состояние автомата определяется распределением амеб по ячейкам. Состояние автомата изменяется на каждом шаге по времени по фиксированным правилам, которые определяются по решениям систем уравнений, описывающих распределение агрегационных факторов в среде и их концентрации внутри клеток. Движение амеб может быть либо направленным по градиенту концентрации циклического аденозинмонофосфата, либо случайным блужданием. Результаты расчетов показывают, что при достижении агрегатом некоторого размера его рост прекращается, и число клеток в нем колеблется вокруг среднего значения. Такое поведение указывает на то, что агрегация определяется двумя конкурирующими механизмами: один способствует росту агрегата, другой -- отсоединению от него клеток или мелких кластеров.
Dictyostelium, модель агрегации, Ca2+–регуляция, клеточный автомат
1. Devreotes P. Dictyostelium discoideum: a model system for cell-cell interactions in development. Science, 1989, vol. 245, no. 4922, pp. 1054-1058, doi:https://doi.org/10.1126/science.2672337.
2. Pears C.J., Gross J.D. Microbe Profile: Dictyostelium discoideum: model system for development, chemotaxis and biomedical research. Microbiology, 2021, vol. 167, no. 3, doi:https://doi.org/10.1099/mic.0.001040.
3. Schaap P. Evolutionary crossroads in developmental biology: Dictyostelium discoideum. Development, 2011, vol. 138, pp. 387-396, doi:https://doi.org/10.1242/dev.048934.
4. Dallon J.C. Numerical Aspects of Discrete and Continuum Hybrid Models in Cell Biology. Applied Numerical Mathematics, 2000, vol. 32, pp. 137-159, doi:https://doi.org/10.1016/S0168-9274(99)00021-5.
5. Loomis W.F. Cell signaling during development of Dictyostelium. Developmental Biology, 2014, vol. 391, pp. 1-16, doi:https://doi.org/10.1016/j.ydbio.2014.04.001.
6. Palsson E., Othmer H.G. A model for individual and collective cell movement in Dictyostelium discoideum. PNAS, 2000, vol. 97, no. 19, pp. 10448-10453, doi:https://doi.org/10.1073/pnas.97.19.10448.
7. Fates N. Solving the decentralised gathering problem with a reaction-diffusion-chemotaxis scheme. Swarm Intell., 2010, vol. 4, pp. 91-115, doi:https://doi.org/10.1007/s11721-010-0038-4.
8. Vasieva O.O., Vasiev B.N., Karpov V.A., Zaikin, A. A model of Dictyostelium discoideum aggregation. Journal of Theoretical Biology, 1994, vol. 171, no. 4, pp. 361-367, doi:https://doi.org/10.1006/jtbi.1994.1240.
9. Noorbakhsh J., Schwab D.J., Sgro A.E., Gregor T., Mehta P. Modeling oscillations and spiral waves in Dictyostelium populations. Phys. Rev. E Stat. Nonlin. Soft Matter Phys., 2015, vol. 91, no. 6, 062711, doi:https://doi.org/10.1103/PhysRevE.91.062711.
10. Кручинин И.В., Яковенко Л.В. Компьютерная модель начальных стадий агрегации миксамеб Dictyostellium discoideum. Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та, 2021, № 6, 2160701.
11. Martiel J.L., Goldbeter A. A model based on receptor desensitization for cyclic AMP signaling in Dictyostelium cells. Biophys. J., 1987, vol. 52, no. 5, pp. 807-828, doi:https://doi.org/10.1016/S0006-3495(87)83275-7.
12. Malchow D., Lusche D.F., Schlatterer C. A link of Ca2+ to cAMP oscillations in Dictyostelium: the calmodulin antagonist W-7 potentiates cAMP relay and transiently inhibits the acidic Ca2+-store. BMC Developmental Biology, 2004, vol. 4, no.7, doi:https://doi.org/10.1186/1471-213X-4-7.
