Plyšinių jungčių laidumo modeliavimas vienetinių kanalų lygmenyje (Jungtis)

   

Projekto nr.: PP34/2104

Projekto aprašymas:

Per plyšines jungtis (PJ) tekančios joninės srovės užtikrina elektrinio impulso sklidimą širdies audinyje, padeda sinchronizuoti neuronų tinklų veiklą bei koordinuoti insulino išskyrimą kasos beta ląstelėse. Be to, metabolitų ar mažų signalinių molekulių pernaša per atvirus PJ kanalus reguliuoja įvairių fiziologinių ar patologinių procesų raidą, įskaitant auglių formavimąsi ir plitimą bei uždegiminių procesų vystymąsi. Dėl šių priežasčių PJ vis dažniau pasirenkamos kaip taikinys kuriant naujus medikamentus ir terapeutinius metodus.
PJ laidumo matavimas yra svarbus tyrimų įrankis, leidžiantis įvertinti PJ kanalų funkciją esant normalioms fiziologinėms ar patologinėms sąlygoms, bei nustatyti PJ formuojančių koneksino (Cx) baltymo mutacijų sukeltą poveikį. Tokių elektrofiziologinių eksperimentų rezultatų interpretavimui dažnai pasitelkiami matematiniai modeliai, leidžiantys įvertinti iš skirtingų Cx baltymo izoformų suformuotų PJ biofizikines savybes.
Iki šiol sukurti PJ laidumą aprašantys matematiniai modeliai leido adekvačiai įvertinti tik makroskopinį laidumą, tačiau norint patikimai įvertinti tam tikras biofizikines PJ kanalų charakteristikas, pvz. jautrumo įtampai poliariškumą ar atviros kanalo būsenos tikimybę, būtina atlikti matavimus vienetinių kanalų lygmenyje. Šiame projekte, remdamiesi mūsų anksčiau atliktais tyrimais, planuojame išvystyti naują matematinį/kompiuterinį modelį, aprašantį vienetinių PJ kanalų elgseną. Tyrimai remsis elektrofiziologinių eksperimentų rezultatais ląstelių kultūrose, ekspresuojančiose įvairias Cx baltymo izoformas, o modelio adekvatumo patikrinimui ir parametrų įverčių radimui taikysime mašininio mokymosi ir globaliojo optimizavimo metodus.
Išvystytas modelis leis apjungti makroskopinio ir vienetinio kanalų laidumo matavimo rezultatus, kas yra ypač svarbu tiriant PJ kanalų biofizikines savybes. Be to, sukurtas modelis būtų naudingas modeliuojant ląstelių tinklų, sujungtų per PJ, elgseną.

Projekto finansavimas:

KTU Mokslo ir inovacijų fondas

Projekto rezultatai:

Projekto metu buvo kuriama metodika, skirta išgauti informaciją apie plyšinių jungčių kanalų biofizikines savybes iš elektrofiziologinių eksperimentų, atliktų vienetinių kanalų lygmenyje. Ši metodika yra paremta mūsų anksčiau publikuotu keturių būsenų modeliu bei maksimalaus tikėtinumo metodu.

Projekto metu taip pat buvo sukurti matematiniai modeliai, aprašantys iš Cx36 baltymo suformuotų plyšinių junčių kanalų reguliaciją Mg2+ jonais. Atlikti matematinio/skaitinio modeliavimo tyrimai bei gauti elektrofiziologinių ekesperimentų rezultatai leido suformuluoti tikėtiną šios saveikos mechanizmą, kuris susideda iš dviejų pagrindinių žingsnių: 1) termodinaminio triukšmo sukeltas Cx36 puskanalių užsidarymas; 2) Mg2+ jonų prisijungimas ir Cx36 puskanalio uždaros būsenos stabilizavimas. Šie rezultatai yra aprašyti moksliniame straipsnyje ‘The Amino Terminal Domain and Modulation of Connexin36 Gap Junction Channels by Intracellular Magnesium Ions’, kuris buvo publikuotas žurnale Frontiers in Physiology (IF – 4.755).

Projekto įgyvendinimo laikotarpis: 2021-04-01 - 2021-12-31

Projekto partneriai: Lietuvos sveikatos mokslų universitetas