Содержание

Гаазе-Рапопорт М.Г. От амебы до робота: модели поведения (М., 2011)

Гаазе-Рапопорт М.Г. От амебы до робота: модели поведения / М.Г.Гаазе-Рапопорт, Д.А.Поспелов; предисл. Э.В.Попова. — М.: ЛИБРОКОМ, 2011. — 296 с. (Науки об искусственном)

ШИФР ГПНТБ СО РАН:     Г2010-23696, Ю93/Г120 ч/з1  

Оглавление книги

О серии «Науки об искусственном» ................................ 3
Предисловие ко второму изданию .................................. 7
Предисловие .................................................... 13
Введение ....................................................... 15

Глава  1  Организм и среда .....
................................ 26 §1.1 Поведение. Основные понятия .............................. 26 §1.2 Условия реализации поведения ............................. 30 §1.3 Модель системы «организм - среда» ........................ 33 §1.4 Функциональные элементы для описания моделей поведения ... 39 Глава 2 Рефлекторное поведение и его модели ................... 44 §2.1 Безусловные рефлексы ..................................... 44 §2.2 Комбинация безусловных рефлексов ......................... 59 §2.3 Условные рефлексы ........................................ 81 §2.4 Схемы и модели, имитирующие условно-рефлекторное поведение ................................................ 89 §2.5 Сложные виды условных рефлексов и их комбинации ......... 101 Глава 3 Сложные формы поведения .............................. 119 §3.1 Память и поведение ...................................... 119 §3 2 Некоторые составляющие сложных форм поведения .
.......... 124 §3 3 Обучающие виды поведения ................................ 126 §34 Манипуляционное поведение ................................. 135 §35 Общественное поведение, роли, коммуникации ................ 142 §3.6 М-автоматы .............................................. 149 §3.7 Программа «Животное» .................................... 160 §3.8 Гиромат ................................................. 166 Глава 4 Модели индивидуального поведения человека ............ 177 §4.1 Концептуальные условия .................................. 177 §4.2 Типология поведения ..................................... 185 §4.3 Описание поступка ....................................... 190 §4.4 Фреймы поступков и классификация ........................ 200 §4 5 Модель поступка ......................................... 211 §4.6 Модели личности ......................................... 222
Глава 5 Моделирование типов поведения человека
. .............. 233 §5.1 Ритуальное поведение .................................... 233 §5.2 Подражательное поведение ................................ 245 §5.3 Ролевое поведение ....................................... 250 §5.4 Ситуационное поведение .................................. 258 Послесловие ................................................... 262 Комментарии ................................................... 275 Список литературы ............................................. 280 Именной указатель ............................................. 287 Предметный указатель .......................................... 289

В настоящей книге с единых позиций изложены принципы построения моделей поведения, определяемых как чисто физиологическими потребностями, так и окружающей организм средой. Есть ли общее в поведении животных и человека? Каковы основные процедуры, которые организуют то, что мы называем целесообразным поведением и разумным поведением? Можно ли создать схему, которая подобно дереву эволюции отражала бы постепенное усложнение форм поведения? Как наука о поведении живых организмов, включая человека, может быть полезна при создании искусственных систем, наделенных элементами разума? Ответы на эти вопросы составляют основное содержание данной книги, хотя и далеко его не исчерпывают.
Книга рекомендуется как специалистам — биологам, психологам, философам, кибернетикам и другим, так и широкому кругу читателей, интересующихся наукой о поведении и теорией искусственного интеллекта.

Мертвые амебы, негативщики и нытики: как выстраивать отношения с проблемными сотрудниками

Негативщики, нарциссы, агрессоры: в любой компании есть сотрудники, которые плохо влияют на других, снижают общую продуктивность и ослабляют команду. Кажется, что проще всего их уволить, но часто к ним можно найти подход.

Максим Батырев в новинке «Сложные подчиненные» называет 15 категорий проблемных сотрудников. Основываясь на тысячах кейсов российских руководителей, автор объясняет, как сделать сложных подчиненных лояльными и эффективными. Содиректор и партнер издательства «МИФ» Юлия Баяндина выбрала и разобрала несколько распространенных типов.

Негативщики

Есть люди, у которых погода всегда плохая, вокруг все обманывают, еда недосоленная, зарплата маленькая, а начальник — дурак. Они могут привести множество убедительных доводов, почему всё будет плохо.

Реклама на Forbes

Чем они опасны? Эмоциональный фон коллектива складывается из настроений отдельных его участников. И когда в подразделении появляется сотрудник в вечно унылом настроении, он обязательно начнет заражать пессимизмом остальных, что неизбежно отразится на работоспособности всех его коллег. 

Как управлять?

1. После нытья должно следовать предложение. Заявить, что все плохо, а мир несправедлив, легко, а вот предложить решение — сложно. Как только нытик начинает жаловаться на очередную проблему, дайте ему возможность создать проект, который сможет ее решить. Любой деструктив старайтесь переводить в активную жизненную позицию. 

2. Табуируйте нытье не по работе. Чиновники не поворачиваются лицом к народу, курс доллара взлетел и не выпускают за границу? Иногда люди жалуются не на внутренние проблемы компании, а на внешнюю среду. Такое нельзя обсуждать в офисе. Это правило.

3. Если «в других отделах лучше и легче» — ротируйте. Временное перемещение сотрудника в другое подразделение хотя бы на несколько дней бывает полезно. Так человек сможет осознать свое предвзятое отношение.

Опоздуны

«Сломался будильник», «Пробки на дорогах», «Застрял в лифте» — у опозданий множество лиц. Но стоит помнить: это лакмусовая бумажка отношения сотрудника к его работе. Можно много рассуждать на этот счет, приводить в пример Google или другие IT-компании. Вот только в Google не все так просто. Да, у людей свободный график посещения офиса, но именно поэтому ребята работают по 16 часов в сутки. 

Менеджер должен реагировать на опоздания. Делать это нужно хотя бы для того, чтобы быть честным перед теми, кто приходит вовремя. Иначе люди будут искренне не понимать, почему власть игнорирует опоздунов, станут обижаться на своих руководителей, а это, в свою очередь, создаст почву для рождения ненужных разговоров, сплетен и других отнимающих командную энергию пересудов.  

Как управлять?

1. Санкции. Допустим, сотрудник обязан задержаться на столько же минут на работе, на сколько опоздал. Главное, чтобы система была прозрачной и предсказуемой.

2. Введение обязательного интересного коллективного мероприятия до начала рабочего дня. Опоздун в нем не участвует, если не успевает прийти вовремя. Так у него будет стимул поменять свои привычки. 

3. Объяснительные записки. Никому не приятно объясняться перед другими. Главное — не превращать эту историю в клоунаду, в которой сотрудники могут проявить всю свою изобретательность и креатив.

Бич цифрового общества: как нас всех поразил страх упущенных возможностей и что с этим делать 

Безынициативные

Многие руководители сетуют на то, что их сотрудники — «мертвые амебы» и нормальных людей на рынке труда не осталось. При этом в такую амебу со временем превращается каждый новый сотрудник.

В чем причина? 

Безынициативное поведение может быть связано с системой образования: в российских школах не преподают критическое мышление — ученики не учатся искать решение задач, они запоминают алгоритмы. Еще одна причина — дефицит доверия со стороны начальства: во многих компаниях видение ее будущего остается тайной для большей части персонала, а люди нуждаются в информации. Отсутствие благодарности за работу тоже подавляет инициативу. 

Как управлять?

Реклама на Forbes

1. Создайте культуру взаимного доверия и уважения. Открытое обсуждение идей и конструктивных предложений — основа современного управления.

2. Внедрите системный процесс сбора идей. Инициативность в команде организуется менеджментом. Не рассчитывайте на суперменов, которые при любых обстоятельствах будут генерировать новые идеи. Выделите на это отдельные ресурсы, опишите принципы сбора идей, объясните всем работникам, почему это важно для компании.

Каждому должно быть понятно, к кому обращаться со своими предложениями и почему ту или иную инициативу принимают или не принимают.

3. Не игнорируйте и не давайте негативную обратную связь. Самое опасное — сказать сотрудникам, что инициатива приветствуется, а потом, когда они внесут предложение, отправить их подождать, долго не давать обратную связь или, не вникнув в предложение, дать отрицательный ответ.

Право на хвастовство: 5 способов обрести уверенность и не стесняться говорить о своих заслугах на работе

Самовлюбленные

Наверняка вам не раз встречались те, у кого необоснованно завышена самооценка, гипертрофировано зазнайство и чрезмерно раздуто собственное эго. Вот это и есть настоящий нарциссизм — когда люди любят себя до дрожи в коленках.

Реклама на Forbes

Самовлюбленный сотрудник — раздражитель для любой команды. Он чрезмерно преувеличивает собственную значимость, требует к себе особого отношения и повышенного внимания, манипулирует окружающими и часто подставляет коллег. А если команда чего-то добивается, то, разумеется, такой человек пытается присвоить заслуги себе.

Как управлять?

1. Не идеализируйте людей. Не теряйте связь с реальностью. Вы руководитель, он ваш подчиненный. Если сотрудник делает своему менеджеру бесконечные комплименты, их сразу же стоит воспринимать как лесть.

2. Хвалите искренне. Если есть за что похвалить, делайте это. Во-первых, замечать достижения — это в принципе задача начальника, а во-вторых, нарцисс нуждается в подогревании самолюбия. Пусть он поймет, что есть законный способ получать законный пряник и плести интриги для этого необязательно

3. Развивайте эмпатию. Самовлюбленные и правда не понимают, что это, ведь в их мире этого нет: они в принципе не интересуются эмоциями окружающих. В случае грубости или хамства важно не обвинять их, а попробовать объяснить, как это выглядит со стороны, рассказав про какого-то третьего человека, но описав их ситуацию.

Реклама на Forbes

«Пусть хоть голыми работают в два ночи». Почему мы потеряли веру в магию почасового трудоголизма 

Агрессивные

Все мы иногда срываемся и даем волю гневу. У такого поведения обычно есть причина: грубое слово или накопленная обида. Но есть сотрудники, которые специально действуют агрессивно, так как всегда пытаются решить свои вопросы именно таким образом. Причиной истеричного поведения может быть излишняя самоуверенность, попытки самоутвердиться, неуважение к другим.

При этом агрессивного человека не может оправдать ничто: ни обстоятельства, ни поведение коллег, ни даже давно назревающий конфликт. Все мы взрослые люди и должны уметь держать себя в руках. Ну а менеджменту любой компании следует создавать такие условия, в которых бы подобная модель категорично осуждалась с последующим тушением пожара.

Как ими управлять?

1. Пресекайте агрессивное поведение сразу. Часто бывает, что менеджер по своей душевной доброте пытается проявить лояльность к агрессивному человеку и ищет ему оправдания. Но игнорирование равно слабости. Это как включить зеленый сигнал светофора неуравновешенному водителю.

Реклама на Forbes

2. Спокойно выясняйте, что произошло. Только понимая источник неадекватного поведения, можно на самом деле помочь отыскать выход из сложившейся ситуации. Стоит найти в себе смелость разговаривать с сотрудником за закрытыми дверями.

3. Объяснительная записка. Обязательно задокументируйте неприятный факт. В объяснительной записке должны быть дата, время и детали инцидента, а также указания свидетелей, если они есть. Не нужно угрожать объяснительной сотруднику, но само ее наличие хорошо откорректирует поведение подобных людей.

Гиперактивные, выгоревшие, приближенные, миллениалы — есть еще много категорий сложных сотрудников. Но с каждой из них можно работать. 

Рабочий подвиг: как мотивировать трудиться много и с удовольствием

7 фото

Статья «ОБЫКНОВЕННАЯ АМЕБА, ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ.

Информационные материалы и методические указания к уроку».

Статья «ОБЫКНОВЕННАЯ АМЕБА, ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ

И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ. Информационные материалы и методические указания к уроку».

 

 

Цель: рассмотреть особенности строения и процессов жизнедеятельности

обыкновенной амебы как одноклеточного животного,

показать сходство и родство простейших с растениями.

Оборудование: микропрепараты обыкновенной амебы, таблица

«Тип Простейшие» из книги «Жизнь животных», микроскоп, модель амебы из бумаги.

Методические рекомендации. Урок начинается с проверки

знаний. Школьникам предлагают ответить на вопросы: какие

основные систематические группы животных вы знаете? По к аким

признакам животных объединяют в один вид? Что такое

род, семейство, отряд, класс, тип?

Очень важно проверить качество выполнения школьниками

домашнего задания с использованием форзаца учебника. После

проверки знаний учитель приступает к раскрытию содержания

нового материала об одноклеточных. Он показывает изображения

некоторых из них на таблицах и рассказывает об их характерных

признаках (одноклеточность, микроскопические размеры, з а селение

различных сред обитания — морских и пресных водоемов,

организмов животных и человека). Одно из простейших — обыкновенная

амеба. Учитель показывает ее на таблице и рисунках

учебника и рассказывает о ее широком распространении на нашей

планете, о заселении ею стоячих пресных водоемов, о характере

передвижения с помощью ложноножек. Для успешного усвоения

учащимися особенностей ее строения следует повторить

материал о строении и жизнедеятельности одноклеточных водорослей,

грибов как целостных организмов. Эти знания должны

быть опорными для установления особенностей строения обыкновенной

амебы как одноклеточного животного организма.

При рассмотрении особенностей строения обыкновенной амебы

учитель обращает внимание школьников на ее изображение

на настенной таблице или на рисунке учебника и предлагает им

ответить на вопросы: сколько животных изображено на рисунке?

Имеет ли обыкновенная амеба постоянную форму тела? Каковы

основные части ее тела? Что такое ложноножки? Какое значение

они имеют в жизни амебы? Ответы учащихся учителю следует

уточнить и обобщить, отметив характерные черты строения амебы

(неопределенная форма тела, размеры, прозрачность, основные

части клетки: ядро, цитоплазма, вакуоли).

Учитель сообщает школьникам о характере питания и последовательно

раскрывает основные этапы этого процесса (захват

пищи с помощью ложноножек, образование пищеварительной вакуоли

с пищеварительным соком, переваривание пищи под его

влиянием, образование питательных веществ, их усвоение цитоплазмой,

удаление непереваренных остатков пищи в любом месте

тела), используя при этом рисунок учебника или рисуя на

доске. После рассказа о процессе питания целесообразно предложить

школьникам ответить на вопрос: чем питание обыкновенной

амебы отличается от питания хламидомонады? На основании

полученных знаний учащиеся делают вывод, что обыкновенная

амеба — животное.

Учитель сообщает школьникам, что амеба дышит, как одноклеточные

растения, предлагает вспомнить и рассказать о дыхании

простейших.

При изучении выделения следует сначала раскрыть значение

этого процесса (удаление из организма излишков воды и вредных веществ), а затем показать его особенности у обыкновенной

амебы (вакуоль в виде пузырька, объем которого постепенно

нарастает; достигнув определенного размера, пузырек лопается,

выделяя наружу содержимое: воду и вредные вещества).

Особенности размножения обыкновенной амебы учащиеся рассматривают

в процессе беседы, используя рисунок в учебнике.

Предварительно следует повторить с учащимися материал о размножении

одноклеточных водорослей, предложив им ответить на

вопросы: что такое размножение? Какими способами размножаются

одноклеточные водоросли? В чем состоит бесполый способ

размножения? Опираясь на повторенный материал, учитель рассказывает

о бесполом размножении обыкновенной амебы, используя

при этом аппликации, заранее подготовленные им, или рисунок

учебника. В последнем случае надо обратить внимание учащихся

на этот рисунок и предложить им ответить на вопрос:

какие изменения происходят в организме амебы при размножении?

В итоге беседы учащиеся под руководством учителя должны сделать

вывод: обыкновенная амеба размножается бесполым способом

путем деления тела надвое.

Следует подчеркнуть, что процессы жизнедеятельности у амебы

протекают нормально при благоприятных условиях среды, а

при наступлении неблагоприятных условий животное не погибает,

так как его тело покрывается плотной оболочкой и образуется

циста— ее можно показать на рисунке в учебнике.

В итоге учащиеся под руководством учителя подводятся к выводам:

обыкновенная амеба — животный организм, она активно

передвигается с помощью ложноножек, питается органическими

веществами растений, бактерий и других простейших; неблагоприятные

условия среды обыкновенная амеба переживает в состоянии

цисты; сходство амебы с одноклеточными водорослями

свидетельствует о родстве простейших с растениями.

В процессе изучения нового материала или при его закреплении

целесообразно продемонстрировать микропрепарат обыкновенной

амебы, а затем предложить школьникам зарисовать это

простейшее и надписать его основные части. Предварительно учащиеся должны вспомнить, как устроен микроскоп— это известно

им из курса ботаники. Если школа не располагает достаточным

числом микроскопов, то демонстрацию микропрепаратов можно

заменить показом слайдов.

Задание на дом: изучить §, рассмотреть рисунки, подготовить

ответы на вопросы, поставленные в конце параграфа, сделать

модель обыкновенной амебы из пластилина или бумаги.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Использованная литература:

УРОКИ зоологии. ПОСОБИЕ ДЛЯ УЧИТЕЛЯ Е.Т. БРОВКИНА. Н.И. КАЗЬМИНА.

МОСКВА «ПРОСВЕЩЕНИЕ» 1987

Электронная амеба и задача коммивояжера / Хабр

Какой самый ценный ресурс на планете? Нефть, вода или может чистый воздух? Самый ценный ресурс, по мнению многих, это время. Его всегда не хватает, люди постоянно куда-то спешат, а любая деятельность так или иначе связана с временем: сколько баррелей нефти добывает одна нефтяная платформа в единицу времени, сколько клиентов обслуживает ресторан в единицу времени, сколько строк кода пишет программист в единицу времени и т.д. Правильное распределение задач по времени играет важную роль не только в промышленных или корпоративных масштабах, но и в быту. Мы всегда стараемся распределить свой день так, чтобы он прошел максимально эффективно и без лишних проблем. Можно сказать, что мы каждый день, сами того не подозревая, решаем свою собственную версию задачи коммивояжера. Ученые из университета Хоккайдо, вдохновившись одноклеточными амебами, решили создать аналоговый компьютер по их подобию, который может предложить самый эффективный метод решения знаменитой задачи комбинаторной оптимизации. Почему именно амебы стали вдохновителями этого труда, по какому принципу работала созданная система, и насколько эффективно она решала задачу коммивояжера? Об этом мы узнаем из доклада ученых. Поехали.

Основа исследования

Основная цель комбинаторной оптимизации заключается в поиске не только самого решения задачи, но и в поиске оптимального метода его достижения. Задачи, требующие применения оптимизации, встречаются повсеместно: от распределения рейсов самолетов до поиска такси. Подавляющее большинство обычных компьютеров не способны решать сложные задачи по оптимизации, так как с увеличением сложности задачи растет и число возможных вариантов ее решения, причем экспоненциально.

Задача коммивояжера (или TSP от travelling salesman problem) является одним из ярчайших примеров комбинаторной оптимизации.

По своей сути TSP звучит довольно просто: определить самый оптимальный (самый короткий, самый быстрый и т.д.) маршрут, проходящий через указанные города с возвращением в исходный. Но вот решений у этой задачи, как и методов их достижения, несколько.


Симметричная задача коммивояжера.

Самый очевидный метод решения это подсчитать длины всех возможных маршрутов и выбрать самый короткий. Однако этот метод очень быстро сталкивается с большой проблемой: например, для симметричной задачи коммивояжера с n городами существует (n-1)!/2 возможных маршрутов, т.е. для 15 городов существует 43 миллиарда возможных маршрутов. Вполне очевидно, что пересчитывать все их, хоть вручную, хоть с помощью алгоритма, это длительный и трудоемкий процесс.

Существуют также и алгоритмы, основанные на природных процессах, которые сформулированы для параллельного обновления нескольких переменных для достижения быстрого поиска решения задачи. Чего не скажешь про последовательные процессы в ЦПУ, который управляет одним битом за раз, а потому может имитировать параллелизм в очень ограниченном виде. Следовательно, есть необходимость разработки архитектуры, которая смогла бы реализовать подобные природные алгоритмы.

Одной из первых физических вычислительных систем для решения задачи TSP была рекуррентная нейронная сеть Хопфилда, реализованная с помощью электронной цепи. Однако система была не так идеальна, как хотелось бы, поскольку она часто сходилась в состоянии локального минимума (решение низкого качества), а порой и не могла определить подходящий маршрут для задачи TSP с определенными параметрами. Фактически, для некоторых случаев TSP с 10 городами сообщалось, что вероятность нахождения оптимального решения составляла не более 20%.

В последние годы большой популярностью пользуются квантовые вычисления. Поиск решения TSP не стал исключением. К примеру, машина Изинга, основанная на механизме квантового отжига*.

Квантовый отжиг* — метод наложения глобального минимума заданной функции среди набора решений-кандидатов.

Данная машина ищет оптимальное решение, сопоставляя проблему с процессом нахождения спина с минимальной энергией в

модели Изинга*

, описывающей намагничивание материала.

Модель Изинга*: к каждой вершине кристаллической решетки приписывается число (спин), равное +1 или -1. Каждому из 2N возможных вариантов расположения спина (N – число атомов решетки) приписывается энергия, получающаяся из попарного взаимодействия спинов соседних атомов.

Проблема в том, что настройка параметров для системы на базе модели Изинга это сложный и дорогостоящий процесс. Для TSP с n городами стандартная структура спиновых переменных разреженной связностью требует введения избыточных переменных в порядке N

4

для обработки нерегулярно распределенных городов, что приводит к быстрому увеличению площади схемы.


Изображение №1

На показана графическая структура модели Изинга, которая называется химерным графом. В такой структуре согласованность между избыточными переменными потенциально может быть нарушена. Когда настройка параметров не может быть произведена должным образом, модель Изинга иногда сходится в недопустимом состоянии, в котором нарушаются ограничения TSP: повторное посещение однажды посещенного города и одновременное посещение нескольких городов.

Вполне ожидаемо, что авторы рассматриваемого нами сегодня труда не захотели использовать машину Изигна в качестве вдохновения. Вместо этого они обратились к самому популярному вдохновителю — к природе.

Созданная система была названа «электронной амебой», поскольку была основана на поведении одноклеточного амебоидного организма (Physarum polycephalum), ищущего пищу и избегающего опасностей.

В электронной амебе произвольная TSP задача может быть отображена на цепи резисторов перекрестной структуры (1b) которая была названа «схемой отображения задач» (или IMC от instance-mapping circuit).

Архитектура IMC аналогична архитектуре рекуррентной нейронной сети Хопфилда, о которой упоминалось ранее. Однако она связана с ядром амебы (), что помогает избежать конвергенции в неверном состоянии (неверном решении задачи, т.е. несоответствующем ограничениям задачи).


Изображение №2

Ученые отмечают, что ранее уже работали над электронной амебой, но исключительно в теоретическом формате. В данном же исследовании благодаря численному моделированию и лабораторным экспериментам с использованием физически созданных цепей (2b) им удалось доказать на практике, что электронная амеба находит самое эффективное решение TSP задачи за время, которое пропорционально N.

Результаты исследования

На изображении

показана схема электронной амебы, состоящая из ядра амебы и IMC, которая электронно имитирует динамику поиска решения так называемого компьютера на основе амебы, который использует живую амебу для поиска решения TSP. Состояние каждого блока в ядре амебы представляет решение о том, где и когда посетить определенный город.

IMC реализует тип управления с обратной связью, называемый контролем возврата, который относится к ограничениям TSP и расстояниям между городами в соответствии с заданной картой и отправляет сигнал возврата каждому блоку в ядре амебы.

Сначала на обычном компьютере проводилось численное моделирование с использованием имитатора цепи, которое должно было показать, сможет ли электронная амеба решить TSP задачу с 4 городами ().


Изображение №3

На изображении 3b показан пример формы выходного сигнала, полученного в результате моделирования схемы. Индексы состояния XV, k каждого объекта, т.е. V и k означают, что город V посещается k-тым в очереди.

Первоначально каждый блок принимает состояние 1, потому что заряд конденсатора установлен на ноль. Затем IMC отправляет сигналы возврата ко всем устройствам, чтобы изменить их состояние с 1 на 0, так как состояния, где все единицы (т.е. 1), нарушают ограничения TSP. Состояние каждого блока постепенно приближается к 0 при зарядке конденсатора путем подачи тока от источника. После того как несколько возвратов были вызваны контроллером, динамика всех блоков становится стабильной (заштрихованная область на 3b).

В этот момент электронная амеба находит оптимальное решение D → A → B → C → D, которое соответствует кратчайшему пути.

Посредством имитатора цепи была проверена способность электронной амебы решать задачи с числом N от 10 до 30 городов. Для каждого варианта N менее 20 было выполнено по 50 испытаний, а для N более 20 городов — по одному испытанию. Поскольку время моделирования крайне быстро возрастало, для задач с 20 городами требовалось 5 часов, для задач с 30 городами — уже 6 дней.

В каждом испытании сопротивление было случайным образом назначено от 1 Ом до 10 кОм, чтобы электронная амеба исследовала более широкое пространство состояний.

Всего было проведено 560 испытаний, и в каждом из них вероятность нахождения верного решения составляла 100%. Объясняется это тем, что ядро ​​амебы всегда стабилизировалось в устойчивое состояние, в котором никакая переменная не нарушает ограничения TSP задачи. В таком состоянии никакие дальнейшие изменения во всех блоках ядра амебы не индуцируются обратными сигналами.


Изображение №4

На показана длина маршрута, полученная симулятором цепи. Тут вертикальная ось нормирована на среднюю длину маршрута, полученную в результате случайной выборки из 10 000 испытаний. Если значение на вертикальной оси меньше 1.0, это означает, что точность найденного решения выше, чем точность, найденная при случайной выборке. Другими словами, электронная амеба находит более верные решения, чем случайная выборка. Кроме того, точность работы системы не уменьшалась, даже когда число городов было увеличено.

Путем внесения случайных изменений в значение сопротивления блока каждый из них менял скорость перехода из состояния 1 в 0, в результате чего было найдено множество верных решений (4b). Система могла показать сразу несколько верных решений для одной и той же задачи, однако не могла гарантировать достижение оптимального маршрута.

На показано, что среднее время, необходимое электронной амебе для поиска верного решения, увеличивается почти линейно как функция N.

Численное моделирование, названной «AmoebaTSP», показало, что линейное решение может быть достигнуто, если центр одноклеточного организма может поставлять внутриклеточные ресурсы для роста его ветвей с постоянной скоростью, даже при ответе на сигналы отскока. Работа в линейном режиме приписывается конструкции механизма управления отскоком вместе с параллельными операциями всех блоков в ядре амебы.

Блоки пытаются выбрать более короткий путь между двумя городами в соответствии с информацией о длинах возможных путей посредством накопления и сравнения опыта подавления сигналов возврата. Правило возврата построено таким образом, что после того, как путь и порядок посещения городов определены, ядру амебы запрещено изменять решение. Таким образом, система определяет каждый путь один за другим, избегая неверных (т.е. не соответствующих ограничениям задачи) путей. При этом время поиска правильного пути может быть сокращено за счет увеличения тока и/или уменьшения емкости.

Далее ученые провели сравнение эффективности работы своей системы (электронной амебы) и классического стохастического алгоритма локального поиска 2-opt, который не требует оптимизации параметров.

Качество решения, полученного с помощью 2-opt, становится выше (и в конечном итоге достигает насыщения) по мере того, как его основная операция повторяется большее количество раз. Однако процесс был прерван, когда качество стало равным качеству, полученному с помощью электронной амебы. Таким образом можно было сравнить показатель времени, необходимого для завершения задачи.

Как показано на 4d, время, которое потребовалось 2-opt для решения задачи, увеличивалось квадратично в соответствии со сложностью задачи. В случае электронной амебы наблюдалось линейное увеличение времени, необходимого для решения такой же задачи ().

Из этого следует, что электронная амеба может куда эффективнее справляться с задачами за более короткое время, чем классический алгоритм 2-opt. При этом для выполнения данного процесса подойдет обычный компьютер.

Изготовленная с помощью КМОП-устройств электронная амеба (2b) показала отличные результаты в решении задачи с четырьмя городами ().


Изображение №5


Таблица №1: данные по TSP и длинам маршрутов.

Поскольку ядро амебы состоит из 16 ветвей, есть возможность создать маршрут для произвольных задач с четырьмя городами, меняя значение сопротивления в IMC.

Графики на показывают, что система нашла кратчайший маршрут для экземпляров A–C и E, где было выполнено 50 испытаний для каждого варианта задачи без изменения значений сопротивления.

Любопытно, что для задачи D система не смогла определить кратчайший маршрут (5d), хотя длина самого короткого маршрута для D равна оной для С. Это может быть связано с рядом неточностей в изготовленной схеме, таких как вариативность порогового напряжения в КМОП инверторе, вариативность напряжения смещения в операционном усилителе и разница в длине проводки в IMC, что может создать предпочтение при выполнении решение. Однако, когда длины маршрутов широко распределены (например, для варианта E), система достигала оптимального решения, преодолевая предпочтение.

Ученые отмечают, что машинам Изинга необходимо затратить значительные усилия на процессы отображения проблем и настройки параметров до поиска решения. Если эта предварительная обработка будет выполнена должным образом, то производительность модели Изинга в сочетании с имитацией квантового отжига будет гораздо выше, чем у электронной амебы, в противном случае она не сможет достичь даже верного решения (соответствующего ограничениям задачи).

Напротив, электронной амебе нет необходимости выполнять сложную предварительную обработку, так как IMC предлагает высокую гибкость отображения проблем с его неограниченной связью между произвольной парой переменных и требует только простых числовых операций для определения параметров.

Более того, если резисторы в IMC заменить на мемристоры или атомарные переключатели, что позволяет перезаписывать динамическое сопротивление, TSP задачи можно обновлять прямо посреди процесса поиска решения. Такой динамически перезаписываемый IMC позволит электронной амебе устойчиво реагировать на внезапные изменения ограничений задачи, вызванные неожиданными отказами, возникающими в постоянно меняющихся практических ситуациях.

Еще одним важным аспектом данной разработки является ее масштабируемость, говорят ученые. Для решения TSP задачи с N городами ядру амебы требуется N2 блоков, а для поперечного IMC — 2N2 проводов и N4 резисторов в точках пересечения проводов. Таким образом, площадь схемы электронной амебы увеличивается примерно на N2, что значительно меньше и дешевле, чем у машин Изинга, которым требуется площадь порядка N4.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог

В данном труде ученые показали, что для решения произвольной задачи коммивояжера может быть использована разработанная ими электронная амеба. Данное устройство было вдохновлено одноклеточным организмом и его поведением в процессе поиска пищи и избегания опасности. Электронная амеба позволяет за счет простых операций определения сопротивления в IMC быстро начать процесс поиска решения задачи без необходимости в долгих приготовлениях, как это происходит в случае машин Изинга. Сам же процесс поиска решения протекает линейно за счет спонтанной динамики электрического тока в ядре амебы.

Ученые заявляют, что их разработка отлично подходит для приложений, где скорость решения задачи куда важнее качества. К примеру, в случае природного катаклизма либо техногенной катастрофы, когда необходимо предоставить надежные маршруты эвакуации, быстрое решение часто является куда более важным, чем поиск самого оптимального маршрута.

Кроме того электронная амеба может быть использована в случае, когда число городов в задаче превышает сотню. В таком варианте она намного производительнее, чем классический алгоритм стохастического локального поиска. Не менее важен и факт того, что электронная амеба является довольно компактным устройством, габариты которого можно будет в дальнейшем уменьшить.

В будущем ученые намерены продолжить свою работу, сконцентрировавшись на повышении качества найденных амебой решений.

Данный труд показывает не только то, что природа продолжает вдохновлять ученых на самые невероятные исследования, но и то, что аналоговые компьютеры, состоящие из простых и компактных схем, чем по сути и является электронная амеба, отлично подходят для решения реальных задач.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и хорошей всем рабочей недели, ребята. 🙂

Немного рекламы

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым,

облачные VPS для разработчиков от $4.99

,

уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас:Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер?

(доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Ученые выяснили, что амебы склонны к мошенничеству — Наука

Амебы вида Dictyostelium discoideum, известные также как клеточные слизневики, обычно представляют собой одиноких почвенных амеб. Тем не менее при определенных неблагоприятных условиях, например при нехватке пищи, амебы способны объединяться вместе, образовывая подвижные агрегаты, а затем и многоклеточные тела сложного строения.

В начале процесса объединения несколько случайно оказавшихся рядом и «склеившихся» амеб служат центром, к которому со всех сторон ползут другие голодные амебы. Соединяясь с помощью специальных молекул, они образуют агрегат из нескольких десятков тысяч клеток. Этот агрегат, изначально имеющий плоскую форму, совершает сложные движения, а затем ложится на бок и превращается в мигрирующего «слизня» — подвижное образование длиной 2—4 мм под названием псевдоплазмодий.

Судьба амеб, находящихся в разных частях псевдоплазмодия, неодинакова: на переднем конце оказываются клетки — предшественницы стебелька плодового тела, а на заднем — клетки — предшественницы спор. Первой группе клеток через некоторое время суждено погибнуть, а вот другие амебы размножаются и передают свой генетический материал следующим поколения амеб.

Группа американских исследователей под руководством специалистов из Хьюстонского университета (штат Техас, США) выяснила, от чего зависит модель поведения амебы при выборе того, какой именно частью псевдоплазмодия она станет. Ученые опубликовали результаты своей работы в журнале Current Biology.

Исследователи проанализировали 140 генов амеб, отвечающих за социальные взаимодействия этих одноклеточных. Результаты работы показали, что у тех Dictyostelium discoideum, которые стремятся стать предшественницами спор, в некоторых генах присутствуют определенные мутации, передающиеся последующим поколениям. Авторы исследования утверждают, что полученные ими выводы доказывают: у некоторых живых существ стремление «схитрить» и обеспечить себе лучшие условия жизни передается на генетическом уровне.

Сообщение РЕН ТВ об амебах

Очередной фантастический репортаж о работе с амебами в нашей лаборатории и об открытиии гигантского вируса, на этот раз сделанный корреспондентами РЕН ТВ.

Статья с сайта РЕН ТВ. Видеоролик и оригинальный текст можно посмотреть здесь

Опасную находку обнаружили в вечной мерзлоте в Арктике.

Российские ученые заявили об открытии, которое объясняет, как жизнь может существовать, например, на Марсе. За полярным кругом обнаружена амеба, которая несколько тысяч лет пребывала в замороженном состоянии, и теперь ее удалось оживить. Однако сквозь восторги ученых пробивается тревожный вопрос: а не оживят ли в исследовательском порыве еще какой-нибудь древний организм, который на поверку окажется древним вирусом. 

Разбуженная амеба из тех времен, когда по земле ходили мамонты. И теперь, глядя на нее, можно сказать, насколько сильно эволюционировали микроорганизмы с тех времен. 

«Амеба поможет узнать, как долго живые клетки могут сохранять жизнеспособность в мерзлоте. Это интересный факт, чтобы рассматривать вечную мерзлоту как модель для поиска жизни на других планетах», — рассказала заведующая лабораторией криологии почв Елизавета Ривкина.

Несмотря на то что еще со школьного курса биологии все знают, кто такие амебы, они мало изучены. Но науке известны случаи, когда этот микрохищник нападал на людей. Ученые в США обнаружили амебу, которая проникает в организм и поражает клетки мозга, вплоть до летального исхода. Что настораживает — плавал этот смертельно опасный вид в обычном водопроводе. Российский же хищник пока охотится только на обычных бактерий. 

Кстати, этот вид на планете существует уже очень давно, но попал под микроскоп ученных впервые. Поэтому повадки древней амебы пока загадка. 

Каждый год ученые вгрызаются в заледенелую землю Севера в поисках тайн, покрытых льдами. Работа непростая, даже опасная. В прошлом году в одной из таких экспедиций в Сибирь международная группа ученых нашла неизведанный ранее гигантский вирус. Его частицы внедрили в амебу, и на какое-то время инфекцию удалось реанимировать. Правда, с такими находками специалисты ведут себя очень аккуратно. Логика проста: если вирус не изучен, значит, и лекарств от него не существует. Прежде чем приступить к рассмотрению того или иного вида, специалисты тщательно отбирают образцы, будь то бактерия или амеба. 

Чуть позже ученые планируют исследовать поведение амебы на орбите. Ранее другие, гораздо более молодые, известные науке амебы уже отправляли в открытый космос, и они вернулись на Землю невредимыми. Теперь ученые хотят посмотреть, как поведут себя в таких условиях эти куда более древние организмы. Теоретически похожие амебы могут сейчас спать и где-то в скалах Марса.   

Урок биологии по теме: «Класс Саркодовые. Амёба обыкновенная»

Категория: Биология.

Цели урока: раскрыть особенности строения, жизнедеятельности простейших как целостных организмов, ведущих самостоятельный образ жизни, ознакомить с особенностями простейших из класса саркодовых; продолжить формирование умений сравнивать, обосновывать и делать выводы.

Оборудование: структурно- логические схемы для учащихся, модели амёб желтого,  красного, синего цветов для моделирования процессов жизнедеятельности, карточки для закрепления материала, таблицы по зоологии, квадратики цветные для оценивания учащихся, модели водоросли

Оформление: структурно- логическая схема для учителя ( на доске, незаполненная), таблицы по зоологии

Особенности: в течение урока каждый учащийся заполняет структурно-логическую схему параллельно с учителем ( Приложение 1,2) затем схема вкладывается в рабочую тетрадь ученика.   За каждый правильный ответ учащемуся выдается цветной квадратик

Ход урока

Вступительное слово учителя:

— Давным — давно, ещё в 1632 году, в городе Дельфте в Голландии родился мальчик- Антоний ван Левенгук. Прошли годы, и отец отправил юношу в Амстердам учиться коммерции. Родителей Антоний почитал, поэтому ослушаться не посмел. Учёбу закончил и дело собственное открыл — торговал тканями. Так и жил бы себе как все, потихоньку, но была у него одна страсть- хобби по-нашему. Уж очень нравилось Левенгуку стёкла увеличительные — линзы шлифовать, в дощечки вставлять, да через те стёкла мир невидимый рассматривать. До чего же вокруг всё интересно!

Вот вы подумайте, капля воды из лужи — ну что казалось — бы в ней такого? А вы на эту каплю через стекло увеличительное посмотрите. Кто в ней только не живёт! И вот однажды Левенгук увидел в капле воды то животное, о котором мы сегодня будем говорить. Это амёба обыкновенная (показать на таблице). А вот теперь подключите своё воображение и уменьшите её мысленно до 0,1 мм – вот такая маленькая она на самом деле.

— Ребята, а что мы должны у амёбы изучить, чтобы всё о ней узнать? (Cоставляют план изучения).

Левенгуку очень хотелось изучить подробно это странное животное, кое-что ему удалось, на какие-то вопросы он не смог дать ответы и до наших дней дошла вот такая интересная схема. Я её на доске увеличила, а у вас на столах точно такие же маленькие. За давностью лет кое-какие слова в схеме стерлись и вместо них стоят точки. Давайте попробуем к концу урока заполнить правильно эту схему. Потом заполненную схему вложите в тетрадь. Каждый ваш правильный ответ я буду оценивать цветным квадратиком. Ваша задача — заработать их как можно больше.

 

Изучение нового материала

Работа со структурно- логической схемой

— Итак, амёба обыкновенная относится к типу простейшие, класс саркодовые. (Схема)

-Как вы думаете, почему амёба получила такое название- простейшее животное?

Хотя амёба состоит из одной клетки, но клетка целый организм, хоть и микроскопический.

-Кто запомнил, в какой среде обитает амёба? (Cхема)

Если амеба – одноклеточное животное, то какие органоиды должны входить в состав этой клетки? (Cхема)

-В переводе с греческого — амеба означает “ изменчивая”. Как вы думаете, почему она получила такое название? (Cхема)

То на одном, то на другом месте её тела вытягиваются выросты цитоплазмы- ложноножки или псевдоподии. (Схема)

— Подумайте, каким образом может передвигаться амеба?

С одной стороны псевдоподии увеличиваются, а с другой уменьшаются и она медленно “ползет” со скоростью 13 мм/ час. (Схема)

-Как вы думаете, чем питаются амебы?

Теперь представьте, что амеба сталкивается с одноклеточной водорослью или бактерией — это ее пища.

— Что произойдет в результате этого?

Попробуйте смоделировать этот процесс на маленьких красных амебах, которые лежат у вас на столах. Один учащийся выполнит это у доски.

Итак, пищевая частица оказывает давление на амебу, вокруг нее образуются псевдоподии. Этот процесс называется фагоцитозом (схема). Что значит “фагео”- пожирать, происходит захват и поглощение пищи простейшими. В итоге водоросль оказывается внутри тела амебы — в цитоплазме. Как только водоросль “утонет”, сейчас же цитоплазма как бы немного отступает и внутри амебы образуется вокруг водоросли пищеварительная вакуоль — своеобразный желудок (схема).

— Как вы думаете, что в этой вакуоли будет происходить с пищей?

В вакуоли есть вещества, которые будут разлагать пищу. Поэтому через несколько часов водоросль перевариться — разложится на отдельные молекулы.

— Ребята, а полностью ли переварилась водоросль?

Да, то, что осталось в ней — непереваренные остатки пищи, амеба в себе не бережет, выбрасывает наружу. Пищеварительная вакуоль вместе с ненужными веществами подходит к краю амебы и выливается через поверхность тела. (Схема).

А вот теперь, ребята, самое сложное! Процесс, о котором я буду сейчас говорить, вы будете изучать по физике в старших классах. Дело в том, что в цитоплазме амебы растворены соли. Но в теле их гораздо больше, чем в пресном водоеме, в котором амеба живет. Поэтому вода все время просачивается внутрь тела амебы.

— Как вы думаете, к чему это может привести? Что она должна делать с поступающей в неё водой?

Для этого существует сократительная вакуоль — в ней собираются избытки воды и через каждые 3 минуты амеба их удаляет из тела- действует как насос. (Схема)

Амёба — живой организм, значит, она должна дышать.

— Что поглащают организмы в процессе дахания? Где амеба берет кислород?

Вместе с водой из лужи поглощается кислород, растворенный в воде. ОН нужен, т.к. при его участии идет разложение пищи на простые питательные вещества и выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности организма. (Схема).

— А какой газ выделяется в процессе дыхания?

Он удаляется вместе с водой через сократительную вакуоль. Значит, сократительная вакуоль выполняет две функции. Назовите их.

Нам осталось изучить процесс размножения амебы обыкновенной.

Ребята, попробуйте смоделировать этот процесс на амебах желтого цвета. На них стадии размножения. Разложите их в правильном порядке, а один учащийся сделает это у доски.

— С изменения какого органоида начинается деление клетки?

Ядро амебы содержит в среднем 600 маленьких хромосом.

— Но что произойдет с ними перед делением? Кто сможет описать весь процесс размножения амебы?

Если условия благоприятны, то весь процесс длится полчаса. (Схема).

— Представьте, что лужа высохла или вода в пруду замерзла, т.е. наступили неблагоприятные условия. Что может произойти с амебой?

Но на следующий год в воде мы снова можем встретить это животное.

— Как амеба будет переносить неблагоприятные условия?

У вас на столе осталась последняя модель амебы синего цвета — там вы найдете подсказку. С наступлением неблагоприятных условий амеба округляется и на поверхности выделяется защитная оболочка- циста. Когда условия становятся благоприятными, амеба покидает цисту и снова начинает активную жизнь.

— А как происходит расселение амеб? Ведь они передвигаются очень медленно, а расселяться могут на десятки и сотни километров. Почему?

— Молодцы, схему заполнили правильно. А теперь немного поиграем.

Первичное закрепление материала

Игра “ Третий лишний”

— Я называю вам по три понятия, одно из которых к амебе отношения не имеет. Вы находите это понятие и объясняете (можно на карточках).

  1. ядро, хлоропласты, цитоплазма
  2. вакуоль с клеточным соком, пищеварительная вакуоль, сократительная вакуоль
  3. псевдоподии, цитоплазма, оболочка
  4. пруд, море, лужа
  5. светочувствительный глазок, ядро, циста

 

Итог урока

— А теперь подведем итоги урока. Домашнее задание указано на схеме (подсчет числа квадратиков, выставление оценок)

Структурно-логическая схема

Структурно-логическая схема (заполненный вид)

20. 01.2005

Бессмертная амеба: полезная модель для изучения процессов клеточной дифференцировки?

Наша неспособность полностью понять процесс дифференцировки или дедифференцировки в реальном времени в контексте генов, белков и окружающей среды препятствует прогрессу в диагностике и терапии. Например, способность раковых стволовых клеток оставаться в состоянии покоя или самообновляться и дифференцироваться в различные типы раковых клеток, 1 или способность паразита Plasmodium переключать свой фенотип со спорозоита на мерозоит для нацеливания на эритроциты, или способность цистообразующих паразитов, таких как Entamoeba или Giardia , образовывать цисты или повторно появляться в виде активных трофозоитов, веками озадачивала ученых.В связи с этим подход целостного организма рассматривается как актуальный для понимания поведения и изучения молекулярных механизмов в ответ на вредные раздражители и окружающую среду. Хотя позвоночные имеют физиологическое значение, здесь мы предполагаем, что использование эволюционно низших организмов, таких как Acanthamoeba , поскольку они проявляют свойства клеточной дифференцировки и дедифференцировки, дает преимущества в изучении «как и почему» перехода нормальной клетки в дремлющая клетка, по крайней мере, на ранней стадии научного открытия.

Способность свободноживущих амеб, таких как Acanthamoeba , Balamuthia, и Naegleria , размножаться с постоянной скоростью при благоприятных условиях и дифференцироваться в покоящуюся форму при неблагоприятных условиях и наоборот , без « умирание» интригует, но не полностью понято. Например, жизненный цикл Acanthamoeba 2,3 или Balamuthia 4,5 состоит как минимум из двух стадий: стадии трофозоита и стадии цисты.На стадии трофозоита обе амебы метаболически активны и делятся митотически. На стадии кисты они остаются бездействующими с минимальной метаболической активностью. По возвращении в благоприятные условия трофозоит выходит из кисты, процесс, известный как эксцистирование, и продолжается его жизненный цикл. 4 Что еще более загадочно, так это свойства другого протиста, известного как Naegleria . Как и другие свободноживущие амебы, такие как Acanthamoeba , она обладает способностью совершать амебоидные (ползающие) движения, во время которых она активно питается и размножается митотически. 6,7 При лишении питательных веществ она может дифференцироваться либо в (i) жгутиковую форму (не питающуюся и нереплицирующуюся форму), во время которой амеба может плавать на большие расстояния в поисках пищи, либо (ii) в спящую форма кисты (не питающаяся и нереплицирующаяся форма), при которой метаболическая активность незначительна. Жгутиковая форма преходяща и длится всего несколько часов. Обнаружение пищи превращает жгутиковую форму в амебоидную, но отсутствие пищи в течение более чем нескольких часов приводит к дифференциации жгутиковой формы в долгоживущую форму кисты. Возврат благоприятных условий способствует дедифференцировке цисты в трофозоитную форму. Универсальная природа Acanthamoeba , Balamuthia и Naegleria увеличивать свое потомство в благоприятных условиях и выдерживать жестокие условия, переключая свою жизненную форму на морфологически отличные фенотипы, является замечательным свойством. Это свойство было изучено в контексте борьбы с цистообразующими паразитами. Например, предметом изучения была трансформация цистообразующих простейших из так называемых «живых» (метаболически активных) организмов в «мертвые» (минимальная метаболическая активность). 8,9 Это свойство препятствует успешному лечению многих паразитарных инфекций. Это связано с тем, что большинство доступных лекарств нацелены на функциональный аспект паразитов (например, синтез белка, синтез ДНК/РНК, синтез клеточной стенки и т. д.), поскольку легче разрушить функцию, чем разрушить структуру. Захватывающий потенциал клеточной дифференцировки, позволяющий стимулировать клетки, такие как стволовые клетки, к образованию различных типов клеток или к пониманию покоя раковых клеток, был в центре внимания исследований многих исследователей. 1

Считается, что полное понимание молекулярных механизмов клеточной дифференцировки и дедифференцировки поможет нам влиять на эти процессы, которые могут открыть огромные возможности для развития терапии стволовыми клетками, лечения рака и борьбы с паразитарными инфекциями. . Предполагается, что свободноживущие амебы, такие как Acanthamoeba , Balamuthia, и Naegleria , представляют собой полезные модели для изучения процессов клеточной дифференцировки и лежащих в их основе молекулярных механизмов.Тот факт, что процессы инцистментации и эксцистментации в дифференцировке этих амеб связаны со структурными и функциональными изменениями, которые индуцируются в ответ на условия окружающей среды, делает их привлекательными моделями для изучения процессов клеточной дифференцировки в эукариотическом развитии. 8,9 Это еще более усиливается благодаря наличию большого количества клеток в аксенических культурах, которые также могут подходить для биохимических исследований. Ранее эта одноклеточная амеба, т.е.е. Acanthamoeba использовался в исследованиях захвата добычи путем фагоцитоза, роста и инцистирования, 2,8,9 ее способности укрывать патогенные бактерии, 10 молекулярной биологии подвижности, 11 ее способности вызывают тяжелые заболевания человека. 3,4 Таким образом, это привлекательная модель для изучения различных аспектов биохимической, клеточной и молекулярной биологии, а также ее патогенности. Выводы, полученные от этих эукариотических микробов, можно перенести на другие эукариотические клетки, включая клетки человека.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Какое место вы занимаете на «карте амебы»?

Это отрывок из книги «Парашютные коты на Борнео: и другие уроки из кафе перемен».

У нас есть хорошие и плохие новости.

Сначала плохие новости. Когда вы подходите к процессу изменений, вы можете быть уверены, что некоторые люди будут менее полезны для вас, чем другие.

Некоторые захотят вас замедлить. Некоторым будет все равно. Кто-то может подумать, что изменения слишком сложны или даже невозможны и не стоят затраченных усилий.И, конечно, некоторые люди могут активно выступать против вас. Они могут усердно работать — явно или за кулисами — чтобы помешать вашей инициативе провалиться.

Лучше не игнорировать эти неудобные факты.

Но есть и хорошие новости, и они состоят из двух частей. Во-первых, социальные системы обычно уравновешивают себя, чтобы оставаться стабильными. Таким образом, если вы найдете людей, которые, вероятно, будут против вашей инициативы по изменению, то вы также, вероятно, найдете людей, которые за нее, и которые, возможно, даже ждали некоторое время, чтобы иметь возможность участвовать в таком процессе. .(С такими людьми обычно очень весело работать!) 

Вторая часть хороших новостей заключается в том, что существует модель мышления об изменениях, которая может помочь вам подготовиться к этой динамике, а также предлагает некоторые возможности для того, чтобы справиться с ними. . Эта модель также может помочь вам спланировать свой подход, чтобы максимизировать шансы на успех и свести к минимуму количество времени и энергии, которые вы могли бы потратить впустую, работая не с теми людьми и неправильным образом.

Мы называем эту модель «Амеба».»

Модель амебы была разработана Аланом [АтКиссоном] много лет назад, и вы можете подробно прочитать о ней в его книгах «Верить Кассандре» и «Трансформация устойчивого развития». ролевая игра, которую мы используем для обучения агентов изменений. Но в этой главе мы просто дадим вам краткое и простое введение, чтобы вы могли сразу же начать использовать эту модель для картирования своего социального окружения. 

Почему «Амеба» «? Потому что в качестве метафоры модель использует одноклеточное существо по имени амеба. Модель представляет организации, группы, сети и целые культуры людей как амёб, которые черпают новые идеи из окружающей их среды, например пищи.

Если вы найдете людей, которые, вероятно, будут против вашей инициативы по изменению, то вы также, вероятно, найдете людей, которые за нее.

Внутри каждой амебы есть разные люди, играющие разные роли, и эти роли могут меняться в зависимости от любой новой идеи или изменения, происходящего в их системе.Они могут продвигать изменения и способствовать их дальнейшему распространению. Они могут пассивно наблюдать за изменениями, участвуя в них или принимая их сами, когда это делают окружающие (или когда у них нет выбора). Они могут активно выступать против этой идеи или даже рассматривать ее как угрозу.

Для агента перемен понимание амебы может быть очень вдохновляющим. Как только вы сможете визуализировать эти отношения, вы сможете сделать сознательный выбор того, как к ним подходить. Вы с меньшей вероятностью будете удивлены и с большей вероятностью будете действовать стратегически.

Выше вы увидите маленькую «карту» амебы. Это общая карта ролей в модели Amoeba. Как только вы поймете эти роли, вы сможете составить свою собственную карту, отметив конкретных людей, функции, отделы или культурные роли, которые, как вы ожидаете, будут играть разные роли в вашей амебе. Затем вы можете планировать свою стратегию соответствующим образом.

Одно предостережение: карта Amoeba никогда не бывает фиксированной. Люди меняются. В один день им может понравиться ваша идея, а в следующий — не понравиться. Они могут начать работать против вас, но позже передумают и начнут пытаться вам помочь.Используйте карту Amoeba с умом, чтобы помочь вам сориентироваться и начать работу, а также помочь вам ориентироваться в социальной среде. Но, как всегда, будьте готовы к неожиданным переменам, а также к сюрпризам: люди иногда оказываются в ролях, которых вы не ожидаете. Карта, как говорится, не территория.

Теперь давайте рассмотрим каждую роль по очереди.

Новаторы

Новаторы — это те, кто первым определяет конкретную идею для внедрения или изменение, которое должно произойти: инновацию.

Вы новатор? Вы изобретаете новые инструменты, методы, проекты или процессы или просто в восторге от них? Если это так, вам может быть сложнее продвигать их эффективно.

Новаторы обычно очень привязаны к идеям, которые они отстаивают. Они «влюблены» в идеи, и часто они менее гибки в том, как вещи должны быть сообщены и реализованы. Говоря языком продаж, они, как правило, сосредотачиваются на функциях и забывают рассказать людям о преимуществах.И им часто бывает трудно стратегически обдумать, как внедрить желаемое изменение и направить его к успеху.

Агенты изменений

Агенты изменений — полная противоположность. Они понимают новые идеи и решительно настроены продвигать их. Но они также понимают людей, общение и стратегии изменений.

Если вы читаете эту книгу [отрывок], вы, вероятно, являетесь (или стремитесь стать) агентом изменений во многих отношениях. Это означает, что вы (или стремитесь быть) гибкими и вдумчивыми в том, как вы внедряете изменения, помогаете людям понять преимущества и доводите до завершения процесс принятия и реализации.

Примечание. Некоторые Новаторы также могут быть хорошими проводниками перемен, но для перехода от одной роли к другой требуется много самопознания и дисциплины. Агенты изменений должны научиться видеть изменения глазами других людей и соответствующим образом корректировать свои коммуникации.

Трансформеры


Иногда их называют «лидерами мнений», «привратниками» или «первопроходцами». Они занимают уважаемое или авторитетное положение в социальной среде, хотя могут и не находиться на вершине властной иерархии.Если они поддержат и примут идею, другие последуют их примеру. Они понимают, что внедрение новых идей и процессов изменений часто приводит к большим изменениям, чем ожидалось, — даже к трансформации. Они также ценят свою роль в Амебе. Поэтому они осторожны в том, что они поддерживают.

Вот первый ключевой стратегический совет: Агенты изменений должны найти Трансформеров и убедить их одобрить изменение.

Мейнстримеры

Мейнстримеры следуют примеру Трансформеров, а также друг друга. Они «плывут по течению». Если вы являетесь агентом изменений, общение с мейнстримером может вызвать разочарование: они могут казаться смутно заинтересованными, но они, как правило, не совершают никаких действий, пока не увидят, что другие вокруг них делают то же самое.

Реакционеры

Реакционеры выступают против изменений: они резко «реагируют» против них.

Могут быть разные причины для их оппозиции: Может быть, они действительно считают, что изменение — плохая идея, которая нанесет вред организации (или социальной среде в целом).Или, может быть, им есть что терять, если изменение удастся. Они могут быть принципиальными противниками с добрыми намерениями, но они также могут быть умными, коварными врагами, которые будут использовать любые имеющиеся в их распоряжении средства, чтобы остановить вашу идею.

Вот второй стратегический совет: Агенты перемен должны избегать реакционеров, по крайней мере, в начале процесса изменений, и составить план того, как они собираются справляться с неизбежным противодействием и сопротивлением, которое оказывают реакционеры.

Активисты

Критики и протестующие. Для описания активистов мы иногда используем слово «иконоборец», что означает того, кто «разбивает иконы» или бросает вызов господствующим убеждениям. Активисты привлекают внимание к проблемам и критикуют людей, которые, по их мнению, создают проблемы. Типичными примерами являются неправительственные организации, такие как Гринпис, или журналисты, указывающие пальцем на то, что не так.

Третий совет: Активисты могут помочь Агентам Перемен, критикуя реакционеров и занимая их.Но активисты иногда могут критически указать пальцем и на агентов изменений, если они считают, что предлагаемое изменение не идет достаточно далеко в решении проблем, которые они видят.

Это ключевые «активные» роли в Amoeba. Кроме того, есть несколько особых ролей:

Скряги

Убежденные пессимисты и жалобщики. Они не верят, что изменения увенчаются успехом, а даже если они увенчаются успехом, то ничего кардинально не улучшится.

Секрет Скряги в том, что большинство из них когда-то были Новаторами или Агентами Перемен, но не преуспели.Иногда вы можете «реабилитировать» их и снова превратить в агентов изменений, но часто они просто высасывают энергию из процесса изменений.

Отстающие

Отстающие — это люди, которые просто любят вещи такими, какие они есть. Они неохотно принимают изменение или новую идею, потому что им удобно то, что они уже знают. Вы можете думать о них как об очень медленных мейнстримерах. В конце концов они изменятся, но пытаться убедить их измениться — все равно, что толкать большой камень.

Отшельники

 

Отшельники просто не вмешиваются в процесс.У них другие интересы и приоритеты. Они могут быть очень мудрыми — подумайте об исследователях или духовных лидерах, — но они не склонны ввязываться в грязную работу по внедрению изменений. Если вы можете вовлечь их, иногда они могут быть очень полезными. Но они также немного непредсказуемы.

Контроллеры

Не в последнюю очередь это Контроллеры. Это ДНК амебы, люди, которые принимают окончательные решения о том, что произойдет внутри нее. В организации это может быть генеральный директор или совет директоров.Контроллеры, безусловно, могут помочь ускорить процесс изменений. Но они также могут остановить его, если увидят риски, затраты или другие последствия, которые им не нравятся.

Еще один совет агентам изменений: если изменение, которое вы пытаетесь внести, исходит не от контроллеров (что чаще всего и бывает), обычно лучше некоторое время оставаться вне их поля зрения — по крайней мере, пока вы не наберете обороты с Трансформерами. Тогда, если Контролеров нужно проинформировать, пусть Трансформеры представят им эту идею.Обращение к контролерам в качестве агента изменений до того, как вы действительно будете готовы, часто представляет собой большой риск для успеха вашей инициативы.

Коротко об Амебе. Итак, как вы должны его использовать?

Сначала нарисуйте контур маленькой амебы.

Затем подумайте об изменении, которое вы продвигаете. Начните составлять карту: запишите имена и нарисуйте стрелки, чтобы показать, какую роль в вашей амебе могут играть разные люди (или функции, или отделы).

Создавая карту амебы, задайте себе следующие вопросы:

  • Как человек, участвующий в инициировании этого процесса изменений, являетесь ли вы агентом изменений? Или вы инноватор?
  • Если вы новатор, обладаете ли вы навыками и дисциплиной, чтобы играть роль агента изменений? (Обратите внимание, что роль Агента изменений часто требует внесения улучшений, компромиссов или других корректировок в исходную идею или процесс изменения, чтобы получить одобрение Трансформеров.)
  • Кто такие Трансформеры и что убедит их поддержать вашу идею или программу изменений?
  • Кто такие реакционеры и как они могут противостоять вам? Что вы можете сделать, чтобы уменьшить их влияние? (Обратите внимание, что попытка «преобразовать» реакционера часто является рискованной стратегией. Возможно, вам удастся это сделать, но вы также можете просто предупредить реакционера о своих планах.)

За каждую роль в Амебе сделайте немного спланируйте, как общаться с ними или как их избегать.

Модель Amoeba была впервые изобретена в 1990 году. С тех пор она путешествовала повсюду и была переведена на множество языков. Хотя, конечно, существуют различия в том, как разные культуры выражают эти вещи — говорим ли мы о национальных культурах, культурах сообщества или организационных культурах — основные роли кажутся универсальными.

Мы считаем, что подобные размышления о своем социальном окружении могут значительно повысить ваши шансы на успех. Это, безусловно, помогло нам, как и многим другим людям, более стратегически подходить к планированию процессов изменений.

Оптимизированная модель проникновения заряда для использования с силовым полем AMОЕBA

Основная проблема использования классической физики для моделирования биомолекулярных взаимодействий заключается в том, чтобы уловить природу короткодействующих взаимодействий, которые управляют биологическими процессами от укладки оснований нуклеиновых кислот до связывания белок-лиганд. В частности, большинство классических силовых полей страдают от ошибки в их электростатических моделях, которая возникает из-за способности учитывать перекрытие между распределениями зарядов, возникающее, когда молекулы приближаются друг к другу, известное как проникновение заряда.В этой работе мы представляем простую, физически мотивированную модель включения проникновения заряда в силовое поле AMОЕBA (атомно-многополюсная оптимизированная энергетика для биомолекулярных приложений). Благодаря функции, полученной из распределения заряда водородоподобного атома, и ограниченному числу параметров наша модель проникновения заряда значительно улучшает описание электростатики на коротких расстояниях. В базе данных из 101 биомолекулярного димера модель проникновения заряда дает ошибку в энергии электростатического взаимодействия по сравнению с энергией электростатического взаимодействия ab initio SAPT из 13.от 4 ккал моль -1 до 1,3 ккал моль -1 . Показано, что эта модель не только надежна и применима для модели AMEOEBA, но также физически значима, поскольку она универсально улучшает описание электростатического потенциала вокруг данной молекулы.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова?

Исследователи анализируют механизмы, участвующие в высвобождении CLN5, используя модель амебы – Новости болезни Баттена он должен быть выпущен за пределы клетки.

По словам группы из Трентского университета в Канаде, их результаты свидетельствуют о том, что аналогичный механизм у людей может быть задействован в возникновении и прогрессировании заболевания.

Исследование « Секреция и функция Cln5 на ранних стадиях развития Dictyostelium » было опубликовано в Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Molecular Research .

Нейрональные цероидные липофусцинозы (НЦЛ), также известные как болезнь Баттена, включают группу детских генетических нейродегенеративных заболеваний с рядом симптомов, включая потерю зрения, нарушение координации движений и нарушение когнитивных функций.

Эти состояния могут быть вызваны мутациями в 14 различных генах (от CLN1 до CLN14 ), которые приводят к накоплению внутри клеток токсичных нерастворимых отложений отходов, называемых липофусцинами. Одним из таких генов является CLN5 , который связан с поздней детской формой заболевания, также известной как нейрональный цероидный липофусциноз 5 (CLN5-NCL).

Этот ген предоставляет инструкции для производства белка CLN5, функция которого до сих пор плохо изучена.После активации CLN5 транспортируется в лизосомы — специальные компартменты внутри клеток, которые переваривают и рециркулируют различные типы молекул — где, как считается, он регулирует транзит переработанных материалов между различными клеточными компартментами.

В попытке изучить функцию CLN5 было создано несколько генетических моделей заболеваний, но этой области исследований препятствовало отсутствие простых эукариотических (организмы, клетки которых имеют ядро, окруженное мембраной) модельных систем, содержащих белок, эквивалентный человеческому CLN5.

В предыдущем исследовании та же команда обнаружила вид амебы, названный Dictyostelium discoideum , который продуцирует белок, аналогичный человеческому CLN5. Важно отметить, что их результаты также показали, что этот белок работает как гликозидгидролаза — фермент, который расщепляет сложные молекулы сахара — и локализуется в эндоплазматическом ретикулуме, отделении внутри клеток, ответственном за доставку молекул, прежде чем высвобождается.

В этом исследовании группа создала антитело, которое специфически распознает CLN5 Dictyostelium , чтобы более подробно изучить, как этот белок высвобождается наружу из клеток на ранних стадиях развития амебы.

Как и человеческий CLN5, белок, обнаруженный у амеб, требует специальной химической модификации, называемой гликозилированием, для выхода наружу. Однако этот белок, по-видимому, высвобождается нетрадиционным путем, полностью минуя комплекс Гольджи (еще один клеточный компартмент, участвующий в переносе молекул), и вместо этого использует путь, связанный с аутофагией, процессом контролируемой деградации и рециркуляции клеток.

Интересно, что исследователи также обнаружили, что CLN5 совместно локализован с CLN3 — белком, связанным с ювенильной формой болезни Баттена у людей, также известной как болезнь CLN3 — в Dictyostelium , и заметили более высокий выброс CLN5 в генетически модифицированных клетках, неспособных продуцируют CLN3, предполагая, что CLN3 регулирует высвобождение CLN5 в этом модельном организме.

Кроме того, исследователи обнаружили, что подавление CLN5 приводит к такому же типу клеточной адгезии и хемотаксиса (способность клеток обнаруживать химическое вещество и двигаться к нему), которые присутствуют в клетках Dictyostelium , лишенных CLN3.

«Вместе наши данные подтверждают функцию CLN5 на ранних стадиях многоклеточного развития, предоставляют дополнительные доказательства молекулярной сети белков NCL и дают представление о механизмах, которые могут лежать в основе функции CLN5 у людей», — пишут исследователи.

Шаблон для электронной подачи в журналы ACS

%PDF-1.5 % 1 0 объект /МаркИнфо > /Метаданные 2 0 R /PageLayout /OneColumn /Страницы 3 0 Р /StructTreeRoot 4 0 R /Тип /Каталог >> эндообъект 5 0 объект > эндообъект 2 0 объект > поток 2019-12-06T12:08:23-06:002019-12-06T12:08:13-06:002019-12-06T12:08:23-06:00Acrobat PDFMaker 11 для Worduuid:1d00f889-fd80-4a3d-af6d- 951a1d121ff2uuid:58ea23ef-7bac-4b79-80ec-a8b856cc1cd3

  • 5540
  • application/pdf
  • Шаблон для электронной подачи в журналы ACS
  • Ченгвен Лю
  • Библиотека Adobe PDF 11. 0D:20191206180750ACS конечный поток эндообъект 3 0 объект > эндообъект 4 0 объект > эндообъект 6 0 объект > эндообъект 7 0 объект > эндообъект 8 0 объект > эндообъект 9 0 объект > эндообъект 10 0 объект > эндообъект 11 0 объект > эндообъект 12 0 объект > эндообъект 13 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 0 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 14 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 1 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 15 0 объект > /ExtGState > /Шрифт > /XОбъект > >> /Повернуть 0 /StructParents 2 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 16 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 3 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 17 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 4 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 18 0 объект > /ExtGState > /Шрифт > /XОбъект > >> /Повернуть 0 /StructParents 5 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 19 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 6 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 20 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 7 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 21 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 8 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 22 0 объект > /ExtGState > /Шрифт > /XОбъект > >> /Повернуть 0 /StructParents 9 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 23 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 10 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 24 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 11 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 25 0 объект > /ExtGState > /Шрифт > /XОбъект > >> /Повернуть 0 /StructParents 12 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 26 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 13 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 27 0 объект > /ExtGState > /Шрифт > /XОбъект > >> /Повернуть 0 /StructParents 14 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 28 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 15 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 29 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 16 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 30 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 17 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 31 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 18 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 32 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 19 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 33 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 20 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 34 0 объект > /Шрифт > >> /Повернуть 0 /StructParents 21 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 35 0 объект > эндообъект 36 0 объект > эндообъект 37 0 объект > эндообъект 38 0 объект > эндообъект 39 0 объект > эндообъект 40 0 объект > эндообъект 41 0 объект > эндообъект 42 0 объект > эндообъект 43 0 объект > эндообъект 44 0 объект > эндообъект 45 0 объект > эндообъект 46 0 объект > эндообъект 47 0 объект > эндообъект 48 0 объект > эндообъект 49 0 объект > эндообъект 50 0 объект > эндообъект 51 0 объект > эндообъект 52 0 объект > эндообъект 53 0 объект > эндообъект 54 0 объект > эндообъект 55 0 объект > эндообъект 56 0 объект > эндообъект 57 0 объект > эндообъект 58 0 объект > эндообъект 59 0 объект > эндообъект 60 0 объект > эндообъект 61 0 объект > эндообъект 62 0 объект > эндообъект 63 0 объект > эндообъект 64 0 объект > эндообъект 65 0 объект > эндообъект 66 0 объект > эндообъект 67 0 объект > эндообъект 68 0 объект > эндообъект 69 0 объект > эндообъект 70 0 объект > эндообъект 71 0 объект > эндообъект 72 0 объект > эндообъект 73 0 объект > эндообъект 74 0 объект > эндообъект 75 0 объект > эндообъект 76 0 объект > эндообъект 77 0 объект > эндообъект 78 0 объект > эндообъект 79 0 объект > эндообъект 80 0 объект > эндообъект 81 0 объект > эндообъект 82 0 объект > эндообъект 83 0 объект > эндообъект 84 0 объект > эндообъект 85 0 объект > эндообъект 86 0 объект > эндообъект 87 0 объект > эндообъект 88 0 объект > эндообъект 89 0 объект > эндообъект 90 0 объект > эндообъект 91 0 объект > эндообъект 92 0 объект > эндообъект 93 0 объект > эндообъект 94 0 объект > эндообъект 95 0 объект > эндообъект 96 0 объект > эндообъект 97 0 объект > эндообъект 98 0 объект > эндообъект 99 0 объект > эндообъект 100 0 объект > эндообъект 101 0 объект > эндообъект 102 0 объект > эндообъект 103 0 объект > эндообъект 104 0 объект > эндообъект 105 0 объект > эндообъект 106 0 объект > эндообъект 107 0 объект > эндообъект 108 0 объект > эндообъект 109 0 объект > эндообъект 110 0 объект > эндообъект 111 0 объект > эндообъект 112 0 объект > эндообъект 113 0 объект > эндообъект 114 0 объект > эндообъект 115 0 объект > эндообъект 116 0 объект > эндообъект 117 0 объект > эндообъект 118 0 объект > эндообъект 119 0 объект > эндообъект 120 0 объект > эндообъект 121 0 объект > эндообъект 122 0 объект > эндообъект 123 0 объект > эндообъект 124 0 объект > эндообъект 125 0 объект > эндообъект 126 0 объект > эндообъект 127 0 объект > эндообъект 128 0 объект > эндообъект 129 0 объект > эндообъект 130 0 объект > эндообъект 131 0 объект > эндообъект 132 0 объект > эндообъект 133 0 объект > эндообъект 134 0 объект > эндообъект 135 0 объект > эндообъект 136 0 объект > эндообъект 137 0 объект > эндообъект 138 0 объект > эндообъект 139 0 объект > эндообъект 140 0 объект > эндообъект 141 0 объект > эндообъект 142 0 объект > эндообъект 143 0 объект > эндообъект 144 0 объект > эндообъект 145 0 объект > эндообъект 146 0 объект > эндообъект 147 0 объект > эндообъект 148 0 объект > эндообъект 149 0 объект > эндообъект 150 0 объект > эндообъект 151 0 объект > эндообъект 152 0 объект > эндообъект 153 0 объект > эндообъект 154 0 объект > эндообъект 155 0 объект > эндообъект 156 0 объект > эндообъект 157 0 объект > эндообъект 158 0 объект > эндообъект 159 0 объект > эндообъект 160 0 объект > эндообъект 161 0 объект > эндообъект 162 0 объект > эндообъект 163 0 объект > эндообъект 164 0 объект > эндообъект 165 0 объект > эндообъект 166 0 объект > эндообъект 167 0 объект > эндообъект 168 0 объект > эндообъект 169 0 объект > эндообъект 170 0 объект > эндообъект 171 0 объект > эндообъект 172 0 объект > эндообъект 173 0 объект > эндообъект 174 0 объект > эндообъект 175 0 объект > эндообъект 176 0 объект > эндообъект 177 0 объект > эндообъект 178 0 объект > эндообъект 179 0 объект > эндообъект 180 0 объект > эндообъект 181 0 объект > эндообъект 182 0 объект > эндообъект 183 0 объект > эндообъект 184 0 объект > эндообъект 185 0 объект > эндообъект 186 0 объект > эндообъект 187 0 объект > эндообъект 188 0 объект > эндообъект 189 0 объект > эндообъект 190 0 объект > эндообъект 191 0 объект > эндообъект 192 0 объект > эндообъект 193 0 объект > эндообъект 194 0 объект > эндообъект 195 0 объект > эндообъект 196 0 объект > эндообъект 197 0 объект > эндообъект 198 0 объект > эндообъект 199 0 объект > эндообъект 200 0 объект > эндообъект 201 0 объект > эндообъект 202 0 объект > эндообъект 203 0 объект > эндообъект 204 0 объект > эндообъект 205 0 объект > эндообъект 206 0 объект > эндообъект 207 0 объект > эндообъект 208 0 объект > эндообъект 209 0 объект > эндообъект 210 0 объект > эндообъект 211 0 объект > эндообъект 212 0 объект > эндообъект 213 0 объект > эндообъект 214 0 объект > эндообъект 215 0 объект > эндообъект 216 0 объект > эндообъект 217 0 объект > эндообъект 218 0 объект > эндообъект 219 0 объект > эндообъект 220 0 объект > эндообъект 221 0 объект > эндообъект 222 0 объект > эндообъект 223 0 объект > эндообъект 224 0 объект > эндообъект 225 0 объект > эндообъект 226 0 объект > эндообъект 227 0 объект > эндообъект 228 0 объект > эндообъект 229 0 объект > эндообъект 230 0 объект > эндообъект 231 0 объект > эндообъект 232 0 объект > эндообъект 233 0 объект > эндообъект 234 0 объект > эндообъект 235 0 объект > эндообъект 236 0 объект > эндообъект 237 0 объект > эндообъект 238 0 объект > эндообъект 239 0 объект > эндообъект 240 0 объект > эндообъект 241 0 объект > эндообъект 242 0 объект > эндообъект 243 0 объект > эндообъект 244 0 объект > эндообъект 245 0 объект > эндообъект 246 0 объект > эндообъект 247 0 объект > эндообъект 248 0 объект > эндообъект 249 0 объект > эндообъект 250 0 объект > эндообъект 251 0 объект > эндообъект 252 0 объект > эндообъект 253 0 объект > эндообъект 254 0 объект > эндообъект 255 0 объект > эндообъект 256 0 объект > эндообъект 257 0 объект > эндообъект 258 0 объект > эндообъект 259 0 объект > эндообъект 260 0 объект > эндообъект 261 0 объект > эндообъект 262 0 объект > эндообъект 263 0 объект > эндообъект 264 0 объект > эндообъект 265 0 объект > эндообъект 266 0 объект > эндообъект 267 0 объект > эндообъект 268 0 объект > эндообъект 269 ​​0 объект > эндообъект 270 0 объект > эндообъект 271 0 объект > эндообъект 272 0 объект > эндообъект 273 0 объект > эндообъект 274 0 объект > эндообъект 275 0 объект > эндообъект 276 0 объект > эндообъект 277 0 объект > эндообъект 278 0 объект > эндообъект 279 0 объект > эндообъект 280 0 объект > эндообъект 281 0 объект > эндообъект 282 0 объект > эндообъект 283 0 объект > эндообъект 284 0 объект > эндообъект 285 0 объект > эндообъект 286 0 объект > эндообъект 287 0 объект > эндообъект 288 0 объект > эндообъект 289 0 объект > эндообъект 290 0 объект > эндообъект 291 0 объект > эндообъект 292 0 объект > эндообъект 293 0 объект > эндообъект 294 0 объект > эндообъект 295 0 объект > эндообъект 296 0 объект > эндообъект 297 0 объект > эндообъект 298 0 объект > эндообъект 299 0 объект > эндообъект 300 0 объект > эндообъект 301 0 объект > эндообъект 302 0 объект > эндообъект 303 0 объект > эндообъект 304 0 объект > эндообъект 305 0 объект > эндообъект 306 0 объект > эндообъект 307 0 объект > эндообъект 308 0 объект > эндообъект 309 0 объект > эндообъект 310 0 объект > эндообъект 311 0 объект > эндообъект 312 0 объект > эндообъект 313 0 объект > эндообъект 314 0 объект > эндообъект 315 0 объект > эндообъект 316 0 объект > поток HVmo8_. t MtPI7t64d1yzp~T’|g]GJDOA/

    Молекулярные сети в нейрональных цероидных липофусцинозах: выводы из моделей млекопитающих и социальной амебы Dictyostelium discoideum | Journal of Biomedical Science

    Белки NCL локализуются во внутриклеточных путях переноса

    Млекопитающие

    Ранние исследования в клетках млекопитающих выявили аналогичную субклеточную локализацию некоторых белков NCL, что позволяет предположить, что общий клеточный процесс может быть нарушен в NCL [21]. Согласованные исследовательские усилия теперь поместили белки NCL в пути внутриклеточного переноса (например,g., эндоплазматический ретикулум, комплекс Гольджи, лизосомы, везикулы), что согласуется с дисфункцией лизосом и накоплением цероидного липофусцина, наблюдаемым во многих клеточных моделях НЦЛ (рис. 1) [22]. Пальмитоилпротеинтиоэстераза 1 (PPT1)/CLN1, трипептидилпептидаза 1 (TPP1)/CLN2, цероидный липофусциноз нейронов 5 (CLN5), катепсин D (CTSD)/CLN10 и CTSF/CLN13 локализуются в лизосомах и функционируют как растворимые ферменты [23]. ,24,25,26,27,28]. CLN5 и CTSD/CLN10 также локализуются внеклеточно [25, 29].CLN3 локализуется в комплексе Гольджи и лизосомальной мембране [30, 31]. Белок 8 (MFSD8)/CLN7, содержащий домен главного облегчающего суперсемейства, и катион-транспортирующий АТФазу 13A2 (ATP13A2)/CLN12 локализуются на лизосомальной мембране, в то время как CLN6 и CLN8 являются мембранными белками эндоплазматического ретикулума (ER) [32,33,34,35]. ]. Гомолог DnaJ подсемейства C член 5 (DNAJC5)/CLN4 и белок 7, содержащий домен тетрамеризации калиевого канала (KCTD7)/CLN14, являются белками периферической мембраны, в то время как програнулин (PGRN)/CLN11 секретируется [36,37,38].

    Рис. 1

    Локализация белков NCL в клетках млекопитающих. Обратите внимание, что подчеркнуты белки, присутствующие более чем в одной группе. , CLN3 (Cln3), DNAJC5/CLN4 (Dnajc5), CLN5 (Cln5), MFSD8/CLN7 (Mfsd8), CTSD/CLN10 (CtsD), PGRN/CLN11 (Grn) и ATP13A2/CLN12 (Kil2) [9]. Шесть белков в Dictyostelium имеют сходство последовательностей с TPP1/CLN2 человека (Tpp1A, Tpp1B, Tpp1C, Tpp1D, Tpp1E, Tpp1F) [39]. Однако из шести белков Tpp1A и Tpp1B ближе всего по размеру к TPP1/CLN2 человека (600 и 598 аминокислот соответственно по сравнению с 563 аминокислотами) и имеют наибольшее сходство последовательностей. Экспрессия tpp1B заметно выше, чем других генов tpp1 в процессе роста и на ранних стадиях многоклеточного развития [8]. tpp1F также сильно экспрессируется во время роста по сравнению с tpp1A , tpp1C , tpp1D и tpp1E .При голодании экспрессия tpp1B и tpp1F резко снижается, достигая самых низких уровней после формирования многоклеточного агрегата и остается низкой на средних и поздних стадиях развития. Напротив, экспрессия tpp1A резко возрастает при голодании и остается высокой на средних и поздних стадиях многоклеточного развития. В это время уровни экспрессии tpp1B , tpp1C , tpp1D , tpp1E и tpp1F сравнительно ниже.Вместе эти профили экспрессии предполагают, что Tpp1B и Tpp1F могут быть доминирующими белками Tpp1 во время роста, тогда как Tpp1A может быть доминирующим белком Tpp1 во время развития. Поскольку один белок TPP1/CLN2 был идентифицирован в клетках млекопитающих, для будущей работы будет важно выявить истинный гомолог человеческого TPP1/CLN2 в Dictyostelium . Кроме того, геном Dictyostelium кодирует несколько белков, которые имеют сходство с человеческими CTSF/CLN13 и KCTD7/CLN14 [8].Определенные белки были идентифицированы как вероятные гомологи человеческих CTSF/CLN13 и KCTD7/CLN14, однако они не были подтверждены экспериментально. Наконец, геном Dictyostelium не кодирует гомологов CLN6 или CLN8 человека [9]. Интересно, что это единственные резидентные белки ER среди семейства белков NCL. Текущие данные показывают, что Dictyostelium ER разделяет несколько функций с ER в клетках млекопитающих, включая хранение кальция, биосинтез липидов и реакцию развернутых белков [40].Кроме того, Dictyostelium является единственным известным микроорганизмом, кодирующим гомологи кальнексина и кальретикулина человека [41]. Поэтому несколько удивительно, что Dictyostelium не содержит гомологов CLN6 и CLN8. Их отсутствие у Dictyostelium может указывать на специализированную роль этих белков в ER клеток млекопитающих, которая либо отсутствует, либо необязательна у Dictyostelium . Эти наблюдения предполагают, что будущая работа над CLN6 и CLN8 в клетках млекопитающих может рассмотреть возможность сосредоточения внимания на специализированных или высокоразвитых ER-зависимых процессах, которые отсутствуют у эволюционно низших эукариот; процессы, которые могут зависеть или не зависеть от типа клеток.

    Анализ, основанный на протеомике, показал, что 8 из 9 четких гомологов белка NCL в Dictyostelium локализуются в макропиноцитарном пути, который отвечает за поступление жидкофазного материала в клетку [8, 20]. Кроме того, некоторые белки, имеющие сходство с человеческими CTSF/CLN13 и KCTD7/CLN14, также локализуются в этом пути [8, 20]. Более целенаправленные исследования также подтвердили локализацию белков NCL в путях внутриклеточного переноса в Dictyostelium . Например, гомологи Dictyostelium человеческих TPP1/CLN2 (Tpp1A, Tpp1F), CLN3 (Cln3), MFSD8/CLN7 (Mfsd8) и CTSD/CLN10 (CtsD) локализуются в поздних эндосомах/лизосомах, что позволяет предположить, что они играют роль в переваривании проглоченного материала [39, 42,43,44,45,46] (рис. 2). В дополнение к поздней эндосоме/лизосоме, Tpp1F также локализуется в ER и комплексе Гольджи, указывая на то, что белок, вероятно, синтезируется в ER, процессируется в комплексе Гольджи и затем транспортируется в лизосому [39].Подобно Tpp1F, Tpp1B и Cln3 также локализуются в комплексе Гольджи [39, 47].

    Рис. 2

    Сеть белков NCL в Dictyostelium . (1) Материал поглощается клеткой и включается в эндосому, которая созревает в лизосому. Tpp1A, Tpp1F, Cln3, Mfsd8 и CtsD локализуются в поздней эндосоме/лизосоме. Tpp1F также локализуется внеклеточно, как и Ppt1 и Tpp1B. (2) Tpp1B локализуется в комплексе Гольджи и связывает регулятор рН Гольджи (GPHR) (в дополнение к внеклеточному, см. № 1).Tpp1F локализуется в комплексе Гольджи и эндоплазматическом ретикулуме (ER) (в дополнение к поздней эндосоме/лизосоме и внеклеточно, см. #1) и связывается с GPHR. Cln3 локализуется в комплексе Гольджи (в дополнение к поздней эндосоме/лизосоме, см. #1). Cln5 гликозилируется в ER, а затем транспортируется в клеточную кору и систему сократительных вакуолей (CV). (3) Cln3 локализуется в системе CV (в дополнение к поздней эндосоме/лизосоме и комплексу Гольджи, см. #1 и #2). Во время голодания потеря cln3 изменяет внутриклеточную активность альфа-маннозидазы (ManA), экспрессию бета-глюкозидазы ( gluA ), внутриклеточную активность GluA и экспрессию N-ацетилглюкозаминидазы ( nagA ) .Cln5 взаимодействует с ManA, GluA и NagA. Потеря cln3 изменяет экспрессию nagB и секрецию NagB во время голодания. Наконец, потеря cln3 изменяет внеклеточную активность ManA, GluA и Nag во время голодания. (4) Cln5 секретируется во время голодания. Секреция Cln5 регулируется механизмами аутофагии (т. е. ингибирование аутофагии снижает секрецию) и Cln3 (т.е. дефицит cln3 — изменяет секрецию). Внутри клетки Cln5 взаимодействует с Tpp1B.(5) Потеря cln3 изменяет внутриклеточную и внеклеточную активность Tpp1 во время голодания. cln3 -дефицит изменяет экспрессию tpp1F и секрецию Tpp1F во время голодания. Потеря cln3 увеличивает экспрессию tpp1A при гипертоническом стрессе и изменяет экспрессию tpp1D и grn при голодании. cln3 -дефицит изменяет экспрессию ctsD , внутриклеточную и внеклеточную активность CtsD и секрецию CtsD во время голодания.(6) Потеря cln3 изменяет экспрессию aprA и внутриклеточное количество AprA во время голодания. cln3 -дефицит изменяет секрецию AprA во время роста и голодания. Потеря cln3 изменяет секрецию CfaD во время роста и количество CadA в кондиционированном буфере голодания. Cln5 взаимодействует с AprA, CfaD, CadA и CtsD. (7) Потеря cln3 изменяет экспрессию cprD, cprG, и bip2 (люминально-связывающий белок 2, DDB0233663) во время голодания. cln3 -дефицит увеличивает экспрессию cprE во время гипотонического стресса. Потеря cln3 изменяет секрецию CprD, CprE, CprG и Bip2 во время голодания. Cln5 взаимодействует с CprD, CprE, CprG и Bip2. (8) Потеря cln3 изменяет экспрессию cprF во время гипотонического стресса и голодания. cln3 -дефицит изменяет секрецию CprA, CprB и CprF во время голодания. (9) Подобно Cln5, Mfsd8 взаимодействует с CtsD, CadA и CfaD (см. № 6).Подобно клеткам cln3 (см. № 4 и № 5), потеря mfsd8 изменяет секрецию Cln5 и CtsD во время голодания

    Cln5 гликозилируется в Dictyostelium , обнаружены в ЭР [26, 48] (рис. 2). Cln5 также локализуется в коре клеток и системе сократительных вакуолей (CV) [26, 48]. На ранних стадиях многоклеточного развития Cln5 обнаруживается внеклеточно, что согласуется с наблюдениями в клетках млекопитающих [25, 26, 48, 49, 50].Секреция Cln5 у Dictyostelium , по-видимому, регулируется аутофагическими механизмами и Cln3, который также локализуется в системе CV [43, 45, 47, 48]. В то время как основной функцией системы CV у Dictyostelium является осморегуляция, органеллы также связаны с секрецией нетрадиционных белков [51]. Интересно, что экспериментальные данные свидетельствуют о том, что регулируемый внутриклеточный транспорт может происходить между сердечно-сосудистой и эндолизосомной системами, что обеспечивает дополнительную поддержку локализации белков NCL во внутриклеточных путях транспорта [52,53,54].В соответствии с локализацией GFP-Cln3 в системе CV в Dictyostelium , гипертонический стресс резко увеличивает экспрессию человеческой myc-меченой мРНК CLN3 и белка в клетках почек детенышей хомячка [55]. Наконец, подобно Cln5, Ppt1, Tpp1B, Tpp1F и CtsD также секретируются во время развития Dictyostelium , указывая на то, что белки NCL могут играть важную роль вне клетки [42, 47, 56].

    В совокупности эти данные показывают, что гомологи белков NCL в Dictyostelium могут играть важную роль в регуляции механизмов внутриклеточного переноса. Эти данные согласуются с наблюдениями в системах млекопитающих и подтверждают представление о том, что аберрантная обработка внутриклеточного материала является ключевым компонентом патологии NCL.

    Белковые интерактомы проливают свет на взаимодействия между белками NCL

    Млекопитающие

    Современные омические технологии могут дать существенное новое понимание белковых интерактомов, потенциальных биомаркеров и биологических путей, на которые влияют NCL [57]. Например, протеомный анализ клеток нейробластомы человека SH-SY5Y показал, что PPT1/CLN1, CLN3 и CLN5 взаимодействуют с 23, 58 и 31 белками соответственно [58, 59].Сравнение трех интерактомов выявило несколько белков, которые могут выполнять важные функции в пути, вызывающем NCL (таблица 1). PPT1/CLN1 и CLN3 имеют четыре общих интерактора (ATP1A1, DBH, SLC25A1, SLC25A13). Три из этих белков (DBH, SLC25A1, SLC25A13) также взаимодействуют с CLN5. ДБГ (дофамин-β-гидроксилаза) — медьсодержащая оксигеназа, катализирующая превращение дофамина в норадреналин [60]. Неудивительно, что измененная передача сигналов дофамина была связана с NCL, а также с другими неврологическими расстройствами, включая болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и шизофрению [61, 62, 63, 64, 65].Мутации в SLC25A1 связаны с нарушением нервно-мышечной передачи [66]. SLC25A1 кодирует митохондриальный трикарбоксилатный транспортный белок, который регулирует обмен митохондриального цитрата на цитозольный малат и способствует биосинтезу жирных кислот и стеролов [67]. Интересно, что мутации в генах NCL изменяют липидный гомеостаз [68,69,70]. Наконец, SLC25A13 является кальций-связывающим белком-носителем, который катализирует обмен цитоплазматического глутамата на аспартат через внутреннюю митохондриальную мембрану [71, 72].Мутации в SLC25A13 вызывают цитруллинемию, аутосомно-рецессивное заболевание, характеризующееся повышенным уровнем аммиака в крови, что приводит к психоневрологическим симптомам, таким как аномальное поведение, потеря памяти, судороги и даже смерть [73]. Важно отметить, что в NCL сообщалось о митохондриальной дисфункции, и есть доказательства, подтверждающие изменение гомеостаза аммиака по крайней мере при одном подтипе заболевания (например, при заболевании CLN3) [74,75,76]. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что необходимы дальнейшие исследования участия DBH, SLC25A1 и SLC25A13 в патологии NCL.

    Таблица 1 Список общих взаимодействующих белков PPT1/CLN1, CLN3 и CLN5 в клетках человека

    Анализы на основе протеомики также предоставили доказательства того, что белки NCL взаимодействуют друг с другом (таблица 2). Например, было показано, что PPT1/CLN1 взаимодействует с CTSD/CLN10 в клетках нейробластомы человека SH-SY5Y, возможно, из-за их общей функции в качестве лизосомальных ферментов [23, 27, 59]. Кроме того, ко-иммунопреципитация и анализы связывания in vitro показали, что полипептиды CLN5 взаимодействуют непосредственно с TPP1/CLN2 и CLN3 в клетках COS-1 [77].Эти взаимодействия позже были подтверждены в исследовании, в котором также были идентифицированы PPT1/CLN1, CLN6 и CLN8 в качестве взаимодействующих с CLN5 в экстракте мозга мыши, клетках COS-1 и клетках HeLa [78]. Эти результаты важны, поскольку они подчеркивают консервативное взаимодействие между CLN5 и этими белками NCL во многих моделях. Интересно, что работа показала, что внутриклеточный перенос CLN5 в клетках HeLa регулируется PPT1/CLN1 и может включать F1-ATPase, общий интерактор PPT1/CLN1 и CLN5 [78]. Ассоциация CLN5 с PPT1/CLN1 и TPP1/CLN2 может отражать их общую функцию в качестве лизосомальных ферментов, хотя и с явно различной биологической активностью [23, 24, 26] (рис.1). Взаимодействие между CLN3 и CLN5 может быть связано с их общей связью с Rab7 и ретромерным комплексом, в то время как связывание CLN5 с CLN6 и CLN8 может указывать на то, что эти белки играют роль в процессинге CLN5 до его зрелой формы в ER [84, 85,86]. Наконец, было показано, что CTSD/CLN10 взаимодействует с PGRN/CLN11 в клетках HEK293T, что, возможно, можно объяснить наблюдениями, что оба белка секретируются [29, 38, 79, 80] (табл. 2, рис. 1). Вместе эти результаты предполагают, что создание сети белков NCL внутри клетки может включать прямое взаимодействие друг с другом.

    Таблица 2 Взаимодействия между белками NCL у млекопитающих
    Dictyostelium

    В недавней работе на Dictyostelium сообщалось об интерактомах белков Cln5 и Mfsd8 [26, 46]. В дополнение к идентификации взаимодействующих элементов каждого белка, эти исследования также дали представление о молекулярных взаимодействиях между гомологами белка NCL в Dictyostelium . Например, в этой работе показано, что Cln5 взаимодействует с Tpp1B и CtsD [26] (рис. 2). В клетках млекопитающих CLN5 взаимодействует с TPP1/CLN2, а повышенная активность TPP1/CLN2 наблюдается в фибробластах пациентов с болезнью CLN5 [77, 78] (таблица 2, таблица 3).Сообщалось также, что в дополнение к Cln5 CtsD связывается с Mfsd8 в Dictyostelium , таким образом устанавливая молекулярную связь между Cln5, Mfsd8 и CtsD в этом модельном организме [46] (Fig. 2). О связывании MFSD8/CLN7 с CTSD/CLN10 в клетках млекопитающих не сообщалось, но результаты для Dictyostelium позволяют предположить, что они могут взаимодействовать друг с другом.

    Таблица 3 Потеря функции белка NCL у млекопитающих и влияние на экспрессию, количество и активность генов/белков NCL

    Как обсуждалось ранее, CLN5 взаимодействует с CLN3 в клетках млекопитающих [77, 78].Несколько доказательств также подтверждают связь между Cln3 и Cln5 в Dictyostelium . Во время голодания дефицит cln3 изменяет экспрессию N-ацетилглюкозаминидазы ( nagA ) и бета-глюкозидазы ( gluA ) [94] (рис. 2). cln3 -дефицит также изменяет внутриклеточную и внеклеточную активность альфа-маннозидазы (ManA) и бета-глюкозидазы (GluA) при голодании, а также внеклеточную активность N-ацетилглюкозаминидазы (Nag) [94].Интересно, что Cln5 взаимодействует с ManA, GluA и NagA, таким образом создавая сеть, включающую Cln3, Cln5 и эти лизосомальные ферменты в Dictyostelium [26]. В поддержку этих выводов в недавней работе сообщалось об аномальных количествах ферментов в лизосомальных фракциях клеток мозжечка, полученных от мыши Cln3 Δex7/8 [90] (таблица 3).

    In Dictyostelium , cln3 -дефицит увеличивает клеточную пролиферацию во время роста и снижает клеточную адгезию на ранних стадиях многоклеточного развития [43, 45].Чтобы помочь объяснить эти фенотипы, предыдущая работа показала, что дефицит cln3 изменяет секрецию аутокринного репрессора пролиферации A (AprA) и связанного с подсчетом фактора белка D (CfaD) во время роста, экспрессию и секрецию AprA во время голодания и внеклеточное количество кальцийзависимого белка клеточной адгезии А (CadA) при голодании [43, 45, 94] (рис. 2). Связь между Cln3 и Cln5 у Dictyostelium подтверждается обнаружением того, что AprA, CfaD и CadA идентифицированы как Cln5-interactors [26].Как обсуждалось ранее, CtsD был идентифицирован как в интерактомах Cln5, так и в интерактомах Mfsd8 [26, 46]. Неудивительно, что CfaD и CadA также были идентифицированы как интеракторы Mfsd8, что дополнительно подтверждает молекулярную связь между Cln5 и Mfsd8 в Dictyostelium [46].

    Геном Dictyostelium кодирует несколько цистеиновых протеиназ (Cpr), которые имеют сходство последовательностей с человеческими CTSF/CLN13. Три из этих белков, CprD, CprE и CprG, были идентифицированы в интерактоме Cln5 [26] (рис.2). В соответствии со связью между Cln3 и Cln5 в Dictyostelium , потеря cln3 изменяет экспрессию cprD, cprF и cprG во время голодания и увеличивает экспрессию cprE и cprE и cprG [94, 95]. cln3 -дефицит также изменяет секрецию CprA, CprB, CprD, CprE, CprF и CprG [47]. Эти результаты предполагают, что будущие исследования на моделях NCL у млекопитающих могут рассмотреть возможность изучения молекулярных взаимодействий между CLN3, CLN5 и CTSF/CLN13.

    У Dictyostelium Cln5 взаимодействует с люминально-связывающим белком 2 (Bip2, DDB0233663), на экспрессию и секрецию которого влияет потеря cln3 во время голодания [26, 47, 94] (рис. 2). Bip2 значительно сверхсекретируется клетками cln3 по сравнению с клетками дикого типа во время голодания и является одним из наиболее значительно затронутых белков [47]. Bip2 является гомологом Dictyostelium белка 78 (GRP78)/BiP, регулируемого глюкозой человека, который играет важную роль в прогрессировании рака и нейродегенерации [96].Интересно, что CLN3 взаимодействует с GRP78/BiP в клетках COS-1 [97]. Вместе это исследование подготовило почву для будущей работы на моделях NCL у млекопитающих для изучения молекулярной связи между CLN3 и CLN5.

    Наконец, как обсуждалось выше, DBH, SLC25A1 и SLC25A13 взаимодействуют с PPT1/CLN1, CLN3 и CLN5 в клетках нейробластомы человека SH-SY5Y [58, 59]. Хотя геном Dictyostelium не кодирует гомолог DBH, он кодирует несколько гомологов SLC25A1 и SLC25A13 человека (www.dictybase.org). Гомологи SLC25A1 и SLC25A13 были идентифицированы как Mfsd8-interactors в Dictyostelium (белок семейства переносчиков митохондриального субстрата, McfG, McfN, McfT, McfZ) [46]. Кроме того, некоторые белки Mcf по-разному экспрессируются в клетках cln3 по сравнению с WT при голодании (McfC, McfF, McfG, McfM, McfR) [94]. Таким образом, Dictyostelium представляет собой превосходную систему для анализа роли SLC25A1 и SLC25A13 в биологии NCL.

    Потеря или мутация отдельных генов NCL влияет на другие гены/белки NCL. активности других генов/белков NCL. Эти исследования будут описаны в разделах ниже, чтобы выделить связи между отдельными генами NCL и другими генами/белками NCL.

    Потеря
    PPT1/CLN1 влияет на CTSD/CLN10

    Ткани и клетки мозга из Ppt1/Cln1 -/- мыши демонстрируют повышенную экспрессию CtsD/Cln10 [70331 CtsD/Cln10 9]Потеря функции PPT1/CLN1 у мышей также нарушает созревание CTSD/CLN10 до его ферментативно активной формы, что приводит к накоплению нерасщепленного груза в лизосомах [87]. Эти наблюдения дополнительно подтверждаются обнаружением того, что CTSD/CLN10 взаимодействует с PPT1/CLN1 в клетках нейробластомы человека SH-SY5Y, что может отражать их общую функцию в качестве лизосомальных ферментов [23, 27, 59] (рис. 1, табл. 2). Вместе эти результаты указывают на связь между PPT1/CLN1 и CTSD/CLN10.

    Потеря
    CLN3 влияет на PPT1/CLN1, TPP1/CLN2, CLN5, CTSD/CLN10 и PGRN/CLN11 как фибробласты от пациентов с болезнью CLN3, постепенно накапливают аутофлуоресцентный цероид и содержат значительно сниженные уровни PPT1/CLN1, которые коррелируют со сниженной ферментативной активностью PPT1/CLN1 [89] (таблица 3).Значение этих наблюдений усиливается их обнаружением в различных модельных системах. Интересно, что в параллельно опубликованном исследовании сообщается об увеличении количества и активности PPT1/CLN1 в лизосомах клеток мозжечка, выделенных из той же мышиной модели [90]. Хотя объяснение этого несоответствия не совсем понятно, оно может отражать зависящее от типа клеток влияние мутировавшего Cln3 на экспрессию и активность PPT1/CLN1 у мышей (например, кора головного мозга по сравнению с мозжечком).Наряду с PPT1/CLN1, Schmidtke et al. [90] также сообщили об увеличении количества TPP1/CLN2 во лизосомальных фракциях клеток мозжечка, полученных от мыши Cln3 Δex7/8 . Результаты для Dictyostelium согласуются с этими наблюдениями, поскольку потеря cln3 изменяет внутриклеточную и внеклеточную активность Tpp1 во время голодания [94] (Fig. 2). Дефицит cln3 — также изменяет экспрессию tpp1A при гипертоническом стрессе, экспрессию tpp1D при голодании, а также экспрессию и секрецию Tpp1F при голодании [47, 94, 95].Следовательно, данные по Dictyostelium и млекопитающим подтверждают молекулярное взаимодействие между PPT1/CLN1, TPP1/CLN2 и CLN3, что может объяснить предполагаемую роль CLN3 в переносе лизосомальных ферментов [85, 90].

    Фракции лизосом клеток мозжечка, полученных от мыши Cln3 Δex7/8 , также обнаруживают пониженное количество CLN5 и CTSD/CLN10, а также других лизосомальных ферментов, таких как гексозаминидаза A, гексозаминидаза B и альфа-аминидаза B и альфа [90] (табл. 3).В клетках почек детенышей хомячков гипертонический стресс увеличивает экспрессию мРНК и белка CLN3, меченных myc человека [55]. В этих условиях myc-меченый CLN3 человека локализуется совместно с CTSD/CLN10 и снижает активность CTSD/CLN10, но не влияет на количество белка CTSD/CLN10 [82] (табл. 2). У Dictyostelium потеря cln3 изменяет экспрессию ctsD , внутриклеточную и внеклеточную активность CtsD и секрецию Cln5 [48, 94] (рис.2). Дефицит cln3 также изменяет экспрессию гомологов Dictyostelium гексозаминидазы A и B ( nagA и nagB ) [94]. Интересно, что Cln5 взаимодействует с NagA и альфа-маннозидазой, на которые влияет потеря функции CLN3 у мышей [26, 90]. Вместе эти результаты устанавливают связь между CLN3, CLN5 и CTSD/CLN10. Подобно PPT1/CLN1 и TPP1/CLN2, связь между этими белками может быть объяснена предполагаемой ролью CLN3 в переносе лизосомальных ферментов [85, 90].Наконец, потеря cln3 в Dictyostelium влияет на экспрессию grn во время голодания, что может быть связано с ролью Cln3 в секреции белка (т. е. PGRN/CLN11 секретируется в клетках млекопитающих) [47]. Важно отметить, что это открытие указывает на возможное молекулярное взаимодействие между CLN3 и PGRN/CLN11 в клетках млекопитающих.

    Потеря
    DNAJC5/CLN4 влияет на PPT1/CLN1

    В ткани мозга, полученной от пациентов с болезнью CLN4, мутации в DNAJC5/CLN4 увеличивают количество PPT1/CLN1, но снижают его ферментативную активность, вызывая его неправильную локализацию [ 81] (табл. 2, табл. 3).В соответствии с этими выводами было показано, что PPT1/CLN1, выделенный из клеточной среды HEK293T, де-пальмитоилирует DNAJC5/CLN4, выделенный из мозга мыши [81]. Хотя связь между двумя белками не совсем ясна, данные свидетельствуют о том, что PPT1/CLN1 может регулировать функцию DNAJC5/CLN4 посредством депальмитоилирования. Кроме того, поскольку DNAJC5/CLN4 был связан с переносом синаптических пузырьков, возможно, что DNAJC5/CLN4 может регулировать перенос PPT1/CLN1 [36]. Хотя для выяснения связи между DNAJC5/CLN4 и PPT1/CLN1 требуется дополнительная работа, эти наблюдения предполагают, что между двумя белками может существовать молекулярная ассоциация.

    Потеря
    CLN5 влияет на TPP1/CLN2 и CTSD/CLN10

    CLN5 Фибробласты пациентов с заболеванием демонстрируют повышенную активность TPP1/CLN2 [77] (таблица 3). В поддержку этих результатов было показано, что CLN5 взаимодействует с TPP1/CLN2 в экстракте мозга мыши, клетках COS-1 и клетках HeLa (таблица 2) [77, 78]. У Dictyostelium Cln5 взаимодействует с Tpp1B, наиболее высокоэкспрессируемым белком Tpp1 в организме [8, 26] (рис. 2). Недавно полноэкзомное секвенирование семей с болезнью Альцгеймера выявило миссенс-вариант в CLN5, который сегрегировался с болезнью Альцгеймера, что подтверждает гипотезу о том, что может существовать сходство между патологией NCL и другими формами нейродегенерации, включая болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и лобно-височную деменцию. [80, 83, 92, 98, 99].Этот вариант проявлял дефекты гликозилирования в CLN5, которые заставляли его сохраняться в ER клеток HeLa, что совпадало с уменьшением переноса в эндолизосомальный компартмент [83]. Этот вариант также показал сниженный процессинг CTSD/CLN10 и сниженные уровни полноразмерного белка-предшественника амилоида, что свидетельствует о связи функции CLN5 с CTSD/CLN10 (таблица 2). Связывание Cln5 с CtsD у Dictyostelium согласуется с этими наблюдениями [26] (рис. 2). Вместе эти результаты устанавливают связь между TPP1/CLN2, CLN5 и CTSD/CLN10, что, вероятно, отражает их общую функцию в качестве лизосомальных ферментов, хотя и с различной активностью [24, 26, 27].

    Потеря
    MFSD8 / CLN7 влияет на CLN5

    Количественный анализ лизосомов на основе SILAC от MFSD8 / CLN7 -определенные мыши эмбриональные фибробласты (МЭФ), полученные из MFSD8 / CLN7 — / — мыши показали, что потеря Mfsd8/Cln7 значительно истощает количество лизосомального CLN5, а также других лизосомальных ферментов [91] (таблица 3). Было показано, что истощение CLN5 связано с повышенной протеолитической деградацией цистеиновыми протеазами в лизосомах Mfsd8/Cln7 -/- MEF [91]. Эти находки также подтверждаются работой с Dictyostelium , которая показала, что Mfsd8 регулирует секрецию Cln5 на ранних стадиях многоклеточного развития [46] (Fig. 2). В целом эти данные свидетельствуют о том, что истощение CLN5 может способствовать патогенезу, связанному с болезнью CLN7, и что MFSD8/CLN7 могут играть важную роль в переносе лизосомальных ферментов.

    Является ли CTSD/CLN10 общим патогенным звеном для всех НЦЛ?

    Данные, описанные выше, позволяют предположить, что потеря активности CTSD/CLN10 может быть общей патогенетической связью между несколькими подтипами НКЛ (т.например, связи между CTSD/CLN10 и PPT1/CLN1, CLN3 и CLN5). На основании этих наблюдений неудивительно, что потеря TPP1/CLN2 , PGRN/CLN11 или ATP13A2/CLN12 также влияет на функцию CTSD/CLN10. В тканях мозга мышиной модели Tpp1/Cln2 -/- потеря Tpp1/Cln2 увеличивает экспрессию CtsD/Cln10 [88] (таблица 3). Потеря Tpp1/Cln2 в этой мышиной модели также увеличивает экспрессию Pgrn/Cln11 , что свидетельствует о возможной молекулярной связи между TPP1/CLN2 и PGRN/CLN11. В лизатах печени, селезенки и головного мозга (головной мозг, мозжечок, средний мозг) PGRN/CLN11 -дефицитных мышей активность CTSD/CLN10 значительно снижена, без каких-либо изменений уровня белка CTSD/CLN10 [79]. Эти наблюдения были независимо подтверждены на фибробластах и ​​индуцированных плюрипотентных стволовых клетках (иПСК) нейронах коры у пациентов с лобно-височной деменцией (ЛВД, несут гетерозиготные мутации в PGRN/CLN11 ), таким образом подчеркивая консервативный эффект PGRN/CLN11 на CTSD/ Активность CLN10 в нескольких моделях [80, 92].В поддержку этих результатов было показано, что CTSD/CLN10 с меткой FLAG взаимодействует непосредственно с немеченым PGRN/CLN11 в клетках HEK293T [79] (таблица 2). Параллельное исследование подтвердило взаимодействие между CTSD/CLN10 и PGRN/CLN11 и показало, что PGRN/CLN11 человеческого происхождения могут повышать активность CTSD/CLN10 из бычьей селезенки [80]. Вместе эти данные свидетельствуют о том, что PGRN/CLN11 активирует CTSD/CLN10, что обеспечивает возможное объяснение перекрывающейся патологии, наблюдаемой у людей с мутацией CTSD/CLN10 или PGRN/CLN11 . Наконец, в клетках нейробластомы человека SH-SY5Y нокдаун ATP13A2/CLN12 снижает количество и активность CTSD/CLN10 [93] (табл. 3). Таким образом, эти результаты показывают, что по крайней мере один аспект функции CTSD/CLN10 (например, экспрессия, количество, процессинг, активность) связан с экспрессией и/или активностью шести генов/белков NCL (например, PPT1/CLN1, TPP1 /CLN2, CLN3, CLN5, PGRN/CLN11, ATP13A2/CLN12), что составляет половину всех генов/белков NCL.

    Экспрессия генов NCL во время развития млекопитающих и рака

    Имеются также данные, подтверждающие потенциальную сеть генов NCL во время развития млекопитающих и рака.Во время развития мозга у мышей Tpp1/Cln2 , Cln3 и Cln5 пространственно и временно коэкспрессируются [100]. В частности, эти гены экспрессируются в областях, связанных с образованием новых нейронов, включая зародышевый эпителий, области желудочков, гиппокамп и мозжечок. Кроме того, гены коэкспрессируются во времени в клетках-предшественниках нейронов, что указывает на то, что они могут играть важную роль в раннем эмбриональном нейрогенезе. Профилирование экспрессии генов в коре головного мозга мышей с нокаутом Cln1 и Cln5 показало, что потеря либо Ppt1/Cln1 , либо Cln5 влияет на экспрессию генов, которые регулируют стабилизацию конусов роста нейронов [101].Интересно, что три основных гена, составляющих этот путь (белок 1, ассоциированный с аденилатциклазой, рецептор протеинтирозинфосфатазы типа F и протеинтирозинфосфатаза 4a2), кластеризуются в одном и том же локусе, что и Ppt1/Cln1 , что дополнительно подтверждает функциональную взаимосвязь между генные продукты. Кроме того, эксперименты по иммунофлуоресценции, проведенные на нейронах коры, выделенных от этих мышей, выявили аномальное распределение белков цитоскелета, актина и бета-тубулина, а также белков, связанных с конусами роста, GAP-43, синапсин и Rab3.Экспрессия гена NCL также связана с различными формами рака [102, 103, 104, 105]. В одном исследовании сообщалось о тесной корреляции между экспрессией PPT1/CLN1 и TPP1/CLN2 при прогрессировании и метастазировании, связанном с колоректальным раком [103]. В целом, экспрессия генов NCL во время рака и развития млекопитающих предполагает общую регуляцию этих генов.

    Белки NCL секретируются во время развития

    Dictyostelium

    Многие лизосомальные ферменты были обнаружены внеклеточно, и их роль вне клетки привлекает повышенное внимание в отношении развития и прогрессирования заболевания [106].Имея это в виду, наблюдения, впервые сделанные на Dictyostelium , позволяют предположить, что секреция может играть важную роль в патологии, лежащей в основе NCL. Протеомный анализ показал, что 5 из 11 гомологов белка NCL секретируются во время многоклеточного развития Dictyostelium , включая Ppt1, Tpp1B и Tpp1F, Cln5, CtsD, и белки, которые имеют сходство последовательностей с человеческим CTSF/CLN13 (CprA, CprB, CprD, CprE, CprF, CprG, неохарактеризованный белок DDB0252831) [47, 56] (рис.2). В то время как CLN5 и CTSD/CLN10 были обнаружены внеклеточно в системах млекопитающих, наблюдения в Dictyostelium важны, поскольку они предоставили первое доказательство в любой системе, что PPT1/CLN1, TPP1/CLN2 и CTSF/CLN13 могут функционировать вне клетки. Однако точные функции белков NCL вне клетки неизвестны. Поскольку они функционируют внутриклеточно как ферменты, возможно, они могут иметь ферментативную активность вне клетки, но это еще предстоит определить.В поддержку активности внеклеточных ферментов предыдущая работа с Dictyostelium выявила активность Tpp1 и CtsD в кондиционированном буфере голодания [94]. Однако требуется дополнительная работа, чтобы определить, можно ли отнести эту активность к секретируемым белкам NCL и можно ли обнаружить эту внеклеточную активность в моделях NCL у млекопитающих. В поддержку молекулярной сети белков NCL потеря cln3 изменяет секрецию белков во время развития, включая гомологи белков NCL (Cln5, CtsD, CprA, CprB, CprD, CprE, CprF, CprG) и лизосомальных ферментов, таких как N- ацетилглюкозаминидаза и катепсин В [47] (рис.2). На секрецию Cln5 и CtsD также влияет потеря mfsd8 [46]. Эти открытия указывают на то, что аберрантная секреция может играть важную роль в патологии NCL. Фактически, эта работа послужила основой для исследований систем млекопитающих. Например, впоследствии сообщалось об аберрантной секреции в глии и нейронах, выделенных от мышей с дефицитом Cln3 , а также в головном мозге и спинномозговой жидкости пациентов с НКЛ (болезнь CLN1, CLN2 и CLN3) [107, 108]. Вместе эти данные подчеркивают важность определения влияния измененной секреции белка на НХЛ.

    Общие фенотипы в моделях NCL млекопитающих и

    Dictyostelium

    Как обсуждалось выше, существуют доказательства на молекулярном уровне, связывающие белки NCL с общим биологическим путем (например, сходные локализации, исследования связывания и интерактома, анализы экспрессии). Важно отметить, что эти наблюдения подтверждаются работами на клеточном и организменном уровне, которые показывают, что потеря или мутация отдельных генов NCL вызывает сходные фенотипы у Dictyostelium и моделей NCL у млекопитающих.Эти исследования будут обсуждаться ниже, чтобы подчеркнуть возможную роль белков NCL в регуляции общего клеточного пути.

    Млекопитающие

    В фибробластах пациентов с болезнью CLN3 субъединица v-АТФазы V0a1, которая регулирует лизосомальное закисление, неправильно локализована на плазматической мембране вместо ее нормального расположения на лизосомальной мембране [89]. Этот дефект нарушает регуляцию лизосомального закисления, о чем также сообщалось у мышей Cln1 -/- .Кроме того, лизосомальные фракции мышиных моделей заболеваний CLN3 и CLN7 демонстрируют измененное количество лизосомальных ферментов [90, 91]. Предыдущая работа также показала, что аберрантный рост и апоптоз фибробластов пациентов с болезнью CLN5 можно скорректировать путем повторного введения белка CLN8 [109]. Интересно, что, подобно фибробластам пациентов с болезнью CLN5, активность церамидсинтазы также снижена в клетках CLN8 -/- , полученных из встречающейся в природе мышиной модели болезни CLN8, что позволяет предположить, что CLN5 и CLN8 могут функционировать по одному и тому же биологическому пути [109]. ].Кроме того, несколько моделей болезни NCL демонстрируют аберрантную аутофагию, о которой также сообщалось при других формах нейродегенерации [110]. Фактически, предыдущая работа связала функции 10 из 13 белков NCL с механизмами аутофагии (PPT1/CLN1, TPP1/CLN2, CLN3, CLN5, CLN6, MFSD8/CLN7, CTSD/CLN10, PGRN/CLN11, ATP13A2/CLN12, KCTD7/CLN14) [111,112,113,114,115,116,117,118,119,120].

    Другая возможность сетевого взаимодействия белков NCL включает белки, функционирующие по конвергентным путям.У мышей потеря как Cln1 , так и Cln5 вызывает более тяжелые фенотипы и приводит к более раннему началу заболевания, чем у мышей, у которых нокаутирован только один из Cln1 или Cln5 [121]. В то время как фертильные мыши с двойным нокаутом показали небольшое снижение ожидаемых коэффициентов размножения, а также нарушение формирования эмбриоидных тел за счет индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных от мышей. Эти результаты позволяют предположить, что усиленные патологические фенотипы, вызванные одновременной потерей как Cln1 , так и Cln5 , могут быть вызваны нарушением или нарушением регуляции конвергентных патогенных путей.

    Dictyostelium

    Несколько генов-дефицитных моделей были созданы в Dictyostelium , которые усиливали наши знания функции белка NCL в этой модели организма ( TPP1A , CLN3 , cln5 и mfsd8 ячеек) (таблица 4). Автор автозависимого материала был обнаружен в TPP1A , CLN3 — 9032 и CLN5 9031 — клетки и эти клетки нокаута отображают общие фенотипы [44, 48, 94, 122] .Например, клетки cln3 демонстрируют повышенную клеточную пролиферацию в процессе роста [43]. Потеря tpp1 также влияет на пролиферацию клеток, но этот эффект заключается в снижении роста, а не в увеличении, что позволяет предположить, что, хотя во всех трех клеточных линиях может быть затронут общий путь регуляции роста, белки могут выполнять разные функции в этом пути [122]. . Нокдаун tpp1 усиливает фагоцитоз и микропиноцитоз, о последнем также сообщалось для клеток cln3 [43, 122].Во время многоклеточного развития клетки cln3 и cln5 проявляют сниженную адгезию [45, 48]. Наконец, потеря tpp1 или cln3 вызывает преждевременное развитие клеток, а нокдаунные клетки tpp1 образуют более мелкие слизни и плодовые тела [43, 44, 122]. В совокупности результаты, полученные с помощью Dictyostelium и моделей NCL у млекопитающих, позволяют предположить, что аналогичные вторичные события ниже по течению могут происходить в клетках пациентов NCL .Однако конкретные механизмы, лежащие в основе этих событий в отдельных подтипах NCL, еще предстоит определить.

    Таблица 4 Фенотипы дефицита генов у Dictyostelium Модели нокаута гена NCL

    Будущие направления изучения молекулярных сетей белков NCL

    необходима дополнительная работа для определения клеточных путей, затронутых мутациями в генах NCL. Как обсуждалось в этом обзоре, важная информация может быть получена путем изучения локализации белков NCL, оценки их взаимодействия друг с другом и общими партнерами по связыванию, а также изучения влияния потери или мутации отдельных генов NCL на другие гены/белки NCL. Продолжение работы в этих областях жизненно важно для определения клеточных ролей белков NCL, путей, которые они регулируют, и условий, которые нарушают их функции. Чтобы дополнить это исследование, будущая работа, которая систематически изучает экспрессию генов NCL на конкретных моделях заболевания, может выявить новые взаимодействия между генами / белками NCL.Например, большинство белков NCL попадают в один из двух основных классов: ферменты (например, TPP1/CLN2, CTSD/CLN10) или предполагаемые каналы/транспортеры (например, CLN3, MFSD8/CLN7). Следовательно, возможно подавление фенотипов при определенных подтипах заболевания путем модулирования экспрессии других генов NCL. При рассмотрении подходов к лечению пациентов с НЦЛ необходимо учитывать, что восстановление нормальной функции мутировавшего белка может оказаться невозможным. Имея это в виду, секвенирование РНК можно использовать для идентификации клеточных путей, затронутых потерей или мутацией гена NCL.Сравнение наборов данных из разных моделей может дать представление о клеточных путях, на которые влияют NCL, а также потенциально выявить белки, связанные с несколькими подтипами заболевания, что может привести к идентификации новых молекулярных мишеней. Терапия теоретически может быть разработана против этих новых мишеней, чтобы потенциально подавить клинические симптомы при нескольких подтипах НКЛ.

    Будущий потенциал

    Dictyostelium для исследования НЦЛ

    В то время как клетки млекопитающих и пациентов могут улучшить наше понимание патологических механизмов, лежащих в основе НЦЛ, способность Dictyostelium информировать исследования в этих системах имеет многообещающие перспективы. , тем более что геном кодирует больше гомологов белков NCL, чем другие эукариотические модельные организмы (например,г., дрожжи, черви и плодовые мушки) [9]. Будущая работа по изучению локализации неохарактеризованных гомологов белка NCL в Dictyostelium расширит наше понимание путей, регулирующих функцию белка NCL, и позволит нам идентифицировать конкретные области клетки, на которые влияет NCL. Эти результаты затем могут быть применены к усилиям по разработке терапии, чтобы определить, какие части клетки должны быть нацелены на пациентов. В отличие от других модельных систем, исследователи также могут использовать жизненный цикл Dictyostelium для оценки межбелковых взаимодействий как во время роста, так и во время многоклеточного развития.Затем это может заложить основу для будущей работы, которая оценивает влияние мутаций на ассоциацию белков NCL друг с другом, а также белков, критически важных для их функции.

    Однако, несмотря на все вышесказанное, ни одна модель не идеальна, и исследователи должны учитывать, что Dictyostelium имеет некоторые ограничения в качестве модельного организма для исследований NCL. Во-первых, ограниченное количество типов клеток в Dictyostelium может ограничивать перенос результатов в определенные ткани или органы в системах млекопитающих. У Dictyostelium также отсутствует центральная нервная система, поэтому открытия, сделанные в организме, необходимо оценивать на соответствующем типе клеток млекопитающих. Тем не менее, Dictyostelium представляет собой полезную модельную систему для изучения функций гомологов белка NCL в простом эукариотическом организме с измеримыми фенотипическими результатами.

    Альтернативные точки зрения и соображения

    Наше нынешнее понимание механизмов, лежащих в основе NCL, основано на результатах различных моделей, начиная от таких организмов, как Dictyostelium , и заканчивая мышами, иммортализованными клетками млекопитающих и перепрограммированными клеточными линиями, полученными от пациентов.Однако мы должны признать, что исследования этих систем могут неточно отражать ситуацию у пациентов, особенно если учесть разнообразие типов клеток, пораженных болезнью. Многоклеточные организмы, такие как Dictyostelium , также могут проявлять специфические для типа клеток эффекты, не наблюдаемые на моделях млекопитающих или у пациентов. С учетом этих предостережений в этом обзоре были выделены сохранившиеся результаты среди нескольких систем, чтобы продемонстрировать их потенциальное значение для патологии НЦЛ.Хотя важно признать предостережения предыдущей работы, результаты, обобщенные в этом обзоре, могут быть использованы в качестве трамплина, который поможет нам найти новые жизнеспособные направления исследований.

    Наконец, в целом схожие клинические и патологические профили различных подтипов НКЛ позволяют предположить, что могут быть задействованы общие механизмы заболевания, что и было в центре внимания данного обзора. Тем не менее, растущий объем данных также свидетельствует о том, что в некоторых формах НЦЛ могут быть задействованы различные механизмы, что неудивительно, учитывая разнообразие процессов, на которые влияют мутации в генах НЦЛ, и возникающие различия в природе и сроках патологии для различных подтипы [123].

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.