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Deux chercheurs du Worcester Polytechnic Institute (WPI) ont reçu 917 999 $ des National Institutes of Health pour avoir développé des modèles de calcul pour étudier une partie critique de la machinerie cellulaire qui tourne souvent mal dans le cancer.

L’étude de trois ans utilisera des techniques mathématiques et des connaissances biologiques pour évaluer comment les forces cellulaires affectent la géométrie du fuseau mitotique, une partie de la machinerie cellulaire responsable de la séparation du matériel génétique pendant la division cellulaire.

Il se passe trop de choses pendant la division cellulaire pour filtrer et examiner toutes les forces possibles à l’œuvre grâce à des expériences de laboratoire. En combinant l’expérimentation et la modélisation, vous pouvez étudier les facteurs qui conduisent à une structure de broche défectueuse dans les cellules. « 

Sarah Olson, professeure agrégée de mathématiques au WPI et chercheuse principale (PI) du projet

L’étude s’appuiera sur les travaux antérieurs d’Olson et de la co-PI Amity Manning, professeur adjoint de biologie et de biotechnologie, pour créer des modèles de calcul pour faire la lumière sur les forces dans les cellules épithéliales humaines pendant la division. Olson et Manning sont tous deux affiliés au programme de bioinformatique et de biologie computationnelle du WPI.

Les modèles informatiques utilisent des simulations mathématiques et informatiques pour ajuster de nombreuses variables dans un système complexe et pour observer les résultats. La division cellulaire est un processus complexe dans lequel une cellule mère fait une copie de ses chromosomes, qui contiennent des instructions génétiques, puis se divise en deux nouvelles cellules filles.

Une cellule saine qui se divise contient deux centrosomes qui ancrent les extrémités opposées d’un fuseau moléculaire. Au fur et à mesure que la cellule se divise, une copie de tous les chromosomes est dessinée vers chaque point d’ancrage ou pôle de broche. Les deux cellules issues de la division héritent d’un complément chromosomique identique.

Cependant, les cellules cancéreuses contiennent souvent plus de deux centrosomes. Les centrosomes supplémentaires doivent s’agréger en un fuseau fonctionnel avec deux pôles de fuseau afin qu’une cellule cancéreuse puisse se diviser en deux nouvelles cellules cancéreuses. Si les centrosomes supplémentaires ne se regroupent pas, une cellule cancéreuse avec des centrosomes supplémentaires se divise en plus de deux nouvelles cellules, dont chacune hérite de trop peu de matériel génétique pour survivre. Cela suggère que les interventions qui limitent le regroupement des centrosomes pourraient favoriser la mort des cellules cancéreuses.

Les chercheurs peuvent observer la division cellulaire au microscope, manipuler les gènes et les protéines impliqués dans le processus et surveiller les conséquences si des défauts se produisent, mais il y a des limites à ce qui peut être réalisé dans les expériences de laboratoire, a déclaré Manning.

«Il existe de nombreuses fonctions de redondance et de chevauchement dans la division cellulaire», a déclaré Manning. « Nous voulons comprendre comment le regroupement est régulé par les centrosomes et comment cela affecte la biologie cellulaire de base. Avec la modélisation, nous pouvons simplifier des fonctions complexes et tester des scénarios pour mieux comprendre ce qui se passe. »

Au cours du projet, les chercheurs développeront de nouveaux modèles de calcul et examineront la relation entre les positions initiales du centrosome dans une cellule et la division cellulaire. Vous identifierez également comment des forces telles que la protéine motrice dynéine affectent le mouvement des centrosomes dans une cellule en division avec des centrosomes supplémentaires. Les expériences en laboratoire éclaireront de nouveaux modèles de calcul, ont déclaré Olson et Manning, et les modèles encourageront des expériences supplémentaires en laboratoire.

« Il s’agit vraiment d’un effort de collaboration avec un équilibre entre les mathématiques et la biologie », a déclaré Manning. « Nous pouvons réfléchir et réfléchir aux problèmes de modélisation, aux problèmes biologiques et à la façon dont nous pouvons appliquer notre expertise à ce problème. »



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