В синхронизации: как клетки устанавливают связи может влиять на циркадный ритм
Циркадный ритм управляет почти всеми аспектами метаболизма. Каждая клетка тела имеет свои циркадные часы, но было неясно, как сети клеток соединяются друг с другом во времени и как эти изменяющиеся связи влияют на функции сети.
В исследовании, опубликованном 27 августа в PNAS, учёные разработали единый, основанный на данных вычислительный подход (ICON — infer connections of networks) для выявления связей в колебательных сетях на основе их временны́х рядов. Установив топологию сети, можно определить, как её элементы работают в синхронии — важном состоянии для мозга. Аномальная синхронизация связана с такими расстройствами, как эпилепсия, болезнь Альцгеймера и Паркинсона.
Алгоритм ICON, разработанный профессором Jr-Shin Li, впервые показывает силу этих связей во времени. Ранее можно было определить лишь факт наличия связи.
Метод был протестирован:
- На смоделированных сетях разного размера.
- На лабораторной сети из 15 химических осцилляторов, созданной профессором Иштваном Киссом. Результаты алгоритма совпали с экспериментальными данными.
Профессор Ли отметил, что метод применим не только к клеточным сетям, но и к анализу реальных сложных сетей: транспортных, интернета, электросетей и социальных.
В коллаборации с биологом Эриком Герцогом метод применили к данным о циркадном ритме 541 клетки мозга мыши, чтобы оценить, как связи между ними меняются во времени. Это позволило восстановить функциональную связность сети.
Герцог отметил, что ICON поможет понять принципы эффективной синхронизации систем, например, как циркадные системы адаптируются к смене времён года или нарушаются при сменной работе и смене часовых поясов.
В другом эксперименте с бывшим профессором Уильямом Шварцем метод протестировали на семи группах по пять мышей, содержавшихся вместе как социальные сети. Анализ данных показал, что четыре группы имели социальную синхронизацию (одинаковую температуру тела), а три группы — нет.