Neue mathematische Modell sagt Voraus, Biologischer Prozess, der schafft Antikörper-Vielfalt

Forscher entwickeln ein first-of-its-Kind-mathematisches Modell für den biologischen Prozess, hält Ihr Immunsystem arbeiten

Wissenschaftler an der USC haben, erstellt ein mathematisches Modell, das erklärt und prognostiziert den biologischen Prozess, entsteht der Antikörper-Diversität – das Phänomen, das hält uns gesund durch die Generierung von robusten Immunsystem durch hypermutation.

Die Arbeit ist eine Zusammenarbeit zwischen Myron Goodman, professor of biological sciences und Chemie an der USC Dornsife College of Letters, Künsten und Wissenschaften; und Chi Mak -, Chemie-professor an der USC Dornsife.

„Es war für mich der Heilige Gral“,“ Goodman sagte. „Wir können nun voraussagen, die Bewegung eines Schlüssel-Enzyms initiiert hypermutations in der immunglobulin (Ig) – Gene.“

Goodman erstmals beschrieben der Prozess, der schafft Antikörper-Diversität vor zwei Jahren. Kurz gesagt, ein Enzym „activation-induced deoxycytidine deaminase“ (oder HILFE) auf und ab bewegt single-stranded DNA kodiert, dass die Muster für Antikörper und sporadisch verändert den Strang durch die Umwandlung einer Stickstoff-base zu einem anderen, genannt „desaminierung.“ Die änderung schafft DNA mit einem anderen Muster – eine mutation.

Diese Mutationen, die HILFE schafft ein Millionen-Fach mal häufiger als sonst auftreten, erzeugen Antikörper, der alle verschiedenen Sorten – damit haben Sie Schutz gegen Keime, die Ihren Körper noch nicht, auch noch nicht gesehen.

„Es ist, warum, wenn ich niesen muss, Sie sterben nicht,“ sagte Goodman.

Bei der Untersuchung der scheinbar zufällige Bewegung von BEIHILFEN up-und down-DNA, Goodman wollte verstehen, warum es verschoben, wie es geschah und warum es deaminated in einigen Orten viel mehr als andere.

„Wir schauten uns die Rohdaten und fragte, was das Enzym wurde dabei zu schaffen, dass,“ sagte Goodman. Er und sein team waren in der Lage zu entwickeln statistische Modelle, deren Wahrscheinlichkeiten grob abgestimmt werden die Daten gut, und waren sogar in der Lage, einzelne Spur Enzyme optisch und sehen Ihnen zu arbeiten. Aber Sie waren alle nur Annäherungen, wenn auch vernünftigen.

Die Zusammenarbeit mit Mak, bot aber etwas besseres: ein rigoroses mathematisches Modell, das beschreibt das Enzym ist Bewegung und Interaktion mit der DNA und einen Algorithmus für die direkte Auslesen-HILFE-Dynamik von der mutation Muster.

Zu der Zeit, Mak wurde auf die Mathematik der Quantenmechanik. Mit ähnlichen Techniken, Mak war in der Lage zu helfen, generieren Sie das Modell, das gezeigt wurde, durch die Prüfung um genau zu sein.

„Mathematik ist die Universelle Sprache, die hinter der physischen Wissenschaft, sondern Ihre zentrale Rolle bei der Interpretation der Biologie ist gerade erst erkannt werden,“ Mak gesagt. Goodman und Mak zusammen an der Forschung mit Phuong Pham, research assistant professor, und Samir Afif, ein student an der USC Dornsife. Ein Artikel über Ihre Arbeit, die erscheint im Druck im Journal of Biological Chemistry am Oktober 11, ausgewählt wurde von der Zeitschrift als „Papier der Woche“.

Als Nächstes wird das team verallgemeinern das mathematische Modell zur Untersuchung der „real-life“ – Aktion der HILFE, wie es initiiert Mutationen während der Transkription von der Ig-variable und Konstante Regionen, die der Prozess benötigt, um zu generieren immunodiversity in humanen B-Zellen.

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