MTA bemutatkozó előadás

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "MTA bemutatkozó előadás"

Botond Sipos
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 MTA bemutatkozó előadás Derényi Imre ELTE TTK, Biológiai Fizika Tanszék ELTE-MTA Lendület Biofizikai Kutatócsoport Kutatási terület: Biológiai fizika Célja: a biológia jelenségek fizikai hátterének megértése. Kialakulásának fő oka: a molekuláris biológia kvantitatív módszereinek robbanásszerű fejlődése (a 90-es évektől kezdődően).

2 Főbb kutatási témák I. Fehérjedinamika Motorfehérjék, Brown racsnik és alkalmazásaik Molekuláris adhézió, dinamikus erőspektroszkópia Konformációs fluktuációk, belső súrlódás II. Membrándinamika Membrán nanocsövek keletkezése és dinamikája Liposzómák kitapadása Cochleátok szerkezete III. Evolúcióelmélet Horizontális géntranszfer Genetikai es környezeti robusztusság Daganatképződés IV. Komplex hálózatok Hálózatok sajátértékspektruma Hálózatok dinamikája Hálózati csoportosulások azonosítása

3 Molekuláris motorok A kinezin nevű motorfehérje lépkedése mikrotubulus mentén: [Harvard Univ.: The Inner Life of the Cell]

4 Molekuláris motorok A kinezin nevű motorfehérje lépkedése mikrotubulus mentén: [S. Block, 90]

5 Molekuláris motorok ATP-szintáz: [Harvard Univ.: BioVisions] [K. Kinoshita (1997)]

6 Feynman-Smoluchowski racsni (kilincskerék) There s plenty of room at the bottom [ichard Feynman (1959), $1000] [Bill McLellan (1960)]

7 k a k a k d k d d e d e, B B F F F T k N N T k N c d e d e e B B u B T,T* d T, T* L F F F T k N T k N T k G K d e d e, * B u B u d d L L F F F T k N N T k N c? L,F c* L,F c F K T, T* Kinezin modell

Kinezin modell A reakciókinetika és polimerdinamika együttes tárgyalásával megmutattuk, hogy a két fej koordinációjáért nem a necklinker által

8 Kinezin modell A reakciókinetika és polimerdinamika együttes tárgyalásával megmutattuk, hogy a két fej koordinációjáért nem a necklinker által közvetített erő a felelős, hanem az hogy az adott geometriai kényszerek mellett a neckliner milyen gyakorisággal veszi fel a mikroszkopikus konformációit.

9 In silico eredmények (terhelés lépésidő) szimuláció kísérlet [Czövek, Szöllősi, Derényi, Biophys. J. 100, 1729 (2011)] [Carter and Cross, Nature 435, 308 (2005)]

10 Molekuláris dinamika: a tripszin belső súrlódása és konformációs fluktuációi E a τ ~ η + σ ek B T σ = σ 0 e E σ k B T E σ 40 ± 10 kj/mol σ 300K 4 ± 1 cp [auscher, Derényi, Gráf, Málnási-Csizmadia, IUBMB Life 65, 35 (2013)]

11 Anomális diffúzió (fraktális Brown mozgás) a tripszin konfigurációs terében E a t MSD ~ η + σ ek B T E σ 22 ± 2 kj/mol E σ σ = σ 0 ek B T σ 300K 6 ± 1 cp

12 Köszönetnyilvánítás fehérjedinamika és Brown racsni témában ELTE (Fizikai Intézet) Vicsek Tamás Czövek András Szöllősi Gergely Deák óbert Orgován Norbert ELTE (Biológiai Intézet) Málnási-Csizmadia András Kovács Mihály Gráf László Nyitray László SZBK Ormos Pál Dér András USA (U. Chicago; U. Notre Dame) Dean. Astumian Martin Bier Barabási Albert László France (ESPCI; Institute Curie) Jacques Prost Armand Ajdari Janan (U. Tokyo; Kyoto U.) Masahide Kikkawa Michio Tomishige Switzerland (ETH Zürich) Vörös János

13 Poszt-Golgi transzport kompartmentumok: Membrán nanocsövek Mikrotubulusok és az Endoplazmatikus retikulum: [D. Toomre, [V. Allan,

14 Membrán nanocsövek Nanocső alagutak (tunneling nanotubes, TNTs) vesesejtek között: [ustom et al., Science 303, 1007 (2004)]

15 Membrán nanocsövek Nanocső alagutak (tunneling nanotubes, TNTs) immunsejtek között: [Watkins and Salter, Immunity 23, 309 (2005)]

16 Nanocsövek kialakulása pontszerű húzás esetén (a) Szabadenergia minimalizálása numerikusan. (b) Variációs elvekből származtatott differenciálegyenletek megoldása. 0 20nm f 0 10pN [Derényi, Jülicher, Prost, PL 88, (2002)]

17 Nanocsövek összeolvadása f d laterális vonzás

18 Nanocsövek összeolvadása [Cuvelier, Derényi, Bassereau, Nassoy, Biophys. J. 88, 2714 (2005)] 0 = θ crit 2 2 v és f 0 mérésével σ = f 0 és κ = f 0 0 4π 0 2π meghatározható.

19 Liposzómák kitapadása és kiszakadása F pore = τ2rπ σr 2 π σ = W 1 + cos φ F pore = τ2 σ π F pore r

20 Liposzómák kitapadása és kiszakadása A k = k 0 a 2 exp πτ2 /σ k B T dv dt = 2 3 r 3 η σ c d dt = W (1 + cos φ)σ 2πηc dr dt = rσ τ 2η mem d A A A = k BT 8πκ ln σ κ + π2 a 2 ln σ κ + π 0 2

21 Liposzómák kitapadása és kiszakadása h [nm] [nm] x [nm] t [s] [Takáts-Nyeste and Derényi, PE 90, (2014)]

22 Kalapképződés: membrán-membrán adhézió 3.5µm 3.5µm [Jass, Tjarnhage, Puu, Biophys. J. 79, 3153 (2000)]

23 Kalapképződés: membrán-membrán adhézió [Takáts-Nyeste and Derényi, Langmuir 30, (2014)]

24 Köszönetnyilvánítás membrándinamika témában ELTE (Fizikai Intézet) Takáts-Nyeste Annamária Czövek András ELTE (Biológiai Intézet) Matkó János SOTE Kellermayer Miklós USA (U. Chicago; U. Notre Dame) Forgács Gábor France (Institute Curie) Jacques Prost Frank Jülicher Patricia Bassereau Pierre Nassoy Francoise Brochard-Wyart Switzerland (ETH Zürich) Vörös János

25 obusztusság (evolúcióelméletben) A fenotípus érzéketlensége a perturbációkra A perturbációk fő forrásai: genetikai mutációk; környezeti (pl. termikus) fluktuációk. Kérdés, hogy a megfigyelt genetikai robusztusság önmagában képes-e kifejlődni, vagy korrelált mellékterméke a környezeti robusztusságra való szelekciónak.

26 P eff i, T, T eff = 1 G WT (i,t) Z WT (T, T eff ) e k B T eff A pontmutációk hatása analóg a hőmérsékleti fluktuációkéval. [Szöllősi and Derényi, PL 114, (2015)]

27 Daganatképződés (szomatikus evolúció) ák előfordulsi gyakorisága ~t m m 6 Mutációs ráta (sejtosztódásonként): ~ bp

28 Szöveti dinamika N véglegesen differenciálódott sejt δ n 1 δ 1 δ 0 Sejtosztódások minimális száma (D) a leszármazási ágak mentén: D = log 2 (N) log 2 N < D < N [Derényi és Szöllősi, Magyar Tudomány (2016)]

29 Elemi események az optimális szöveti dinamika során Differenciálódás p k : Szimmetrikus sejtosztódás differenciálódással 1 p k : Aszimmetrikus sejtosztódás Sejt utánpótlás (lyuk betöltése) q k : 1 q k : Differenciálódás Szimmetrikus sejtosztódás Nincs sejthalál Nincs egysejt-differenciálódás A sejtosztódás átlagos számának (az osztódási tehernek) az időfejlődése a differenciálódás egyes szintjein (k): D kn k = δ k 2 p kd k + δ k 1 p k + δ k 2 p k q k D k q k D k 1 + 1

30 Elemi események az optimális szöveti dinamika során Differenciálódás p k : Szimmetrikus sejtosztódás differenciálódással 1 p k : Aszimmetrikus sejtosztódás Sejt utánpótlás (lyuk betöltése) q k : 1 q k : Differenciálódás Szimmetrikus sejtosztódás Nincs sejthalál Nincs egysejt-differenciálódás Az élettartam végére a legfelső szint osztódási terhe: D = D n = N n 1 γ l l=1 n + γ l 1 ahol l=1 γ l = δ l δ l 1

31 Optimális hierarchia D n minimuma: D n = log 2 N + 2 és n = log 2 N. A hierarchikus szöveti felépítés a rák elleni védelem egyik fő mechanizmusa.

32 Köszönetnyilvánítás evolúcióelméleti témában ELTE (Fizikai Intézet) Szöllősi Gergely Kéri Zsófia Grajzel Dániel Kiss Máté Demeter Márton ELTE (Biológiai Intézet) Vellai Tibor

33 Átfedő hálózati csoportok azonosítása (k-klikk perkoláció) társszerzőségi, szóasszociációs és fehérje-kölcsönhatási hálózatokban [Palla, Derényi, Farkas, Vicsek, Nature 435, 814 (2005)]

34 Köszönetnyilvánítás komplex hálózatok témában ELTE (Fizikai Intézet) Vicsek Tamás Farkas Illés Palla Gergely Pollner Péter USA (U. Notre Dame) Barabási Albert László

Hasonló dokumentumok

Biológiai nanorendszerek dinamikája

Biológiai nanorendszerek dinamikája MTA doktori értekezés tézisei Derényi Imre Eötvös Loránd Tudományegyetem Fizikai Intézet Biológiai Fizika Tanszék Budapest, 2005. A kutatások előzménye, célkitűzések