قام العلماء برسم خريطة لجميع بروتينات الخميرة عبر دورة الخلية لأول مرة

قام العلماء برسم خريطة لجميع بروتينات الخميرة عبر دورة الخلية لأول مرة

قام فريق دولي بقيادة باحثين في جامعة تورنتو برسم خريطة لحركة البروتينات المشفرة بواسطة جينوم الخميرة خلال دورة الخلية. هذه هي المرة الأولى التي يمكن فيها تتبع جميع بروتينات الكائن الحي عبر دورة الخلية، الأمر الذي يتطلب مزيجًا من التعلم العميق والفحص المجهري عالي الإنتاجية.

استخدم الفريق شبكتين عصبيتين تلافيفيتين، أو خوارزميات، تسمى DeepLoc وCycleNet، لتحليل صور الملايين من خلايا الخميرة الحية. وكانت النتيجة خريطة شاملة حددت مكان وجود البروتينات وكيفية تحركها حول الخلية وتغير وفرتها خلال كل مرحلة من دورة الخلية.

لقد وجدنا أن البروتينات التي يزيد تركيزها وينخفض ​​بانتظام داخل الخلية تميل إلى المشاركة في تنظيم دورة الخلية، في حين أن البروتينات ذات الحركة المتوقعة عبر الخلية تميل إلى تسهيل التنفيذ البيوفيزيائي للدورة.

أثناسيوس ليتسيوس، المؤلف الأول للدراسة وباحث ما بعد الدكتوراه، مركز دونيلي للأبحاث الخلوية والجزيئية الحيوية، جامعة تورنتو

وقد نشرت الدراسة مؤخرا في المجلةخلية.

تشير دورة الخلية إلى المراحل التي تمر بها الخلية قبل أن تنقسم في النهاية إلى خلايا فردية. وهذه العملية هي التي تكمن وراء انتشار الحياة -؛ ويستمر في جميع الكائنات الحية.

على المستوى الجزيئي، تعتمد دورة الخلية على تنسيق العديد من البروتينات التي تحمل الخلية من النمو وتضاعف الحمض النووي إلى انقسام الخلايا. يمكن أن يؤدي عدم تنظيم البروتينات إلى تعطيل دورة الخلية ويؤدي إلى أمراض مثل السرطان.

ولاحظ الباحثون أن حوالي ربع بروتينات الخميرة المعينة اتبعت أنماطًا منتظمة من الظهور والاختفاء أو الانتقال إلى مناطق معينة من الخلية. اتبعت معظم البروتينات هذه الأنماط إما في التركيز أو الحركة، ولكن ليس في كليهما.

وقال ليتسيوس: "لقد حددنا حوالي 400 بروتين مع توطين دوري فقط خلال دورة الخلية وحوالي 800 بروتين مع تركيز دوري فقط". "وهذا يعني أن البروتينات يتم تنظيمها على مستويات متعددة لضمان حدوث دورة الخلية كما هو مبرمج."

استخدم فريق البحث المجهر الفلوري لتتبع حوالي 4000 بروتين في صور خلايا الخميرة لتصنيف مرحلة دورة الخلية بالإضافة إلى موقع البروتينات في 22 منطقة مصنفة من الخلية، مثل النواة والسيتوبلازم والميتوكوندريا. تمت أتمتة تحديد موقع الطور والبروتين من خلال استخدام الشبكات العصبية التلافيفية، مع دقة تنبؤ بمرحلة دورة الخلية تزيد عن 93 بالمائة.

وقالت بريندا أندروز، الباحثة الرئيسية في الدراسة والأستاذة الجامعية لعلم الوراثة الجزيئية في مركز دونيلي وكلية طب تيميرتي: "لقد قمنا بتحليل صور لأكثر من 20 مليون خلية خميرة حية، والتي خصصناها لمراحل مختلفة من دورة الخلية باستخدام التعلم الآلي". "قمنا بعد ذلك بتطوير وتطبيق خط أنابيب حسابي ثانٍ لدراسة كيفية تغير البروتينات في توطينها وتركيزها خلال دورة الخلية. وقد أنتجت هذه الدراسة مجموعة بيانات فريدة توفر رؤية على نطاق الجينوم للتغيرات الجزيئية التي تحدث أثناء انقسام الخلايا."

وقال ليتسيوس: "إن خلية الخميرة هي نموذج عظيم لبيولوجيا حقيقية النواة". "هناك أشياء معينة يمكننا القيام بها مع خلايا الخميرة ولكن ليس مع الكائنات الحية الأخرى التي تكون إما أبسط أو أكثر تعقيدًا. يمكننا استخدام خلايا الخميرة لمراقبة العمليات واسعة النطاق، مما يجعلها الكائن الحي المثالي لدراسة دورة الخلية." على أمل فهم أفضل لدورة الخلية البشرية.

مصادر: