Учените картографират всички дрождени протеини през клетъчния цикъл за първи път

Учените картографират всички дрождени протеини през клетъчния цикъл за първи път

Международен екип, ръководен от изследователи от университета в Торонто, картографира движението на протеини, кодирани от генома на дрождите по време на клетъчния цикъл. Това е първият път, когато всички протеини на един организъм могат да бъдат проследени през целия клетъчен цикъл, което изисква комбинация от дълбоко обучение и високопроизводителна микроскопия.

Екипът използва две конволюционни невронни мрежи или алгоритми, наречени DeepLoc и CycleNet, за да анализира изображения на милиони живи клетки от дрожди. Резултатът беше изчерпателна карта, която идентифицира къде се намират протеините и как се движат около клетката и се променят в изобилие по време на всяка фаза от клетъчния цикъл.

Открихме, че протеини, чиято концентрация редовно се увеличава и намалява в клетката, са склонни да участват в регулирането на клетъчния цикъл, докато протеините с предвидимо движение през клетката са склонни да улесняват биофизичното изпълнение на цикъла.

Атанасиос Лициос, първи автор на изследването и постдокторант, Донъли Център за клетъчни и биомолекулярни изследвания, Университет на Торонто

Проучването беше публикувано наскоро в списаниетоклетка.

Клетъчният цикъл се отнася до фазите, през които преминава клетката, преди накрая да се раздели на отделни клетки. Именно този процес е в основата на разпространението на живота -; и продължава във всички живи същества.

На молекулярно ниво клетъчният цикъл зависи от координацията на много протеини, които пренасят клетката от растежа и репликацията на ДНК до клетъчното делене. Нарушаването на регулацията на протеините може да наруши клетъчния цикъл и да доведе до заболявания като рак.

Изследователите отбелязват, че около една четвърт от картографираните дрождени протеини следват редовни модели на появяване и изчезване или преместване в специфични области на клетката. Повечето протеини следват тези модели в концентрация или движение, но не и двете.

„Ние идентифицирахме около 400 протеина само с периодична локализация по време на клетъчния цикъл и около 800 само с периодична концентрация“, каза Лициос. „Това означава, че протеините се регулират на множество нива, за да се гарантира, че клетъчният цикъл протича, както е програмиран.“

Изследователският екип използва флуоресцентна микроскопия, за да проследи около 4000 протеина в изображения на клетки от дрожди, за да класифицира фазата на клетъчния цикъл, както и местоположението на протеините в 22 категоризирани области на клетката, като ядрото, цитоплазмата и митохондриите. Идентификацията на местоположението на фазата и протеина беше автоматизирана чрез използването на конволюционни невронни мрежи, с точност на прогнозиране на фазата на клетъчния цикъл от повече от 93 процента.

„Ние анализирахме изображения на повече от 20 милиона живи клетки от дрожди, които присвоихме на различни етапи от клетъчния цикъл с помощта на машинно обучение“, каза Бренда Андрюс, главен изследовател на изследването и университетски професор по молекулярна генетика в Donnelly Center и Temerty Faculty of Medicine. "След това разработихме и приложихме втори изчислителен тръбопровод, за да проучим как протеините се променят в тяхната локализация и концентрация по време на клетъчния цикъл. Това проучване създаде уникален набор от данни, който предоставя изглед в мащаб на генома на молекулярните промени, които се случват по време на клетъчното делене."

„Дрождената клетка е чудесен модел за еукариотната биология“, каза Лициос. "Има определени неща, които можем да правим с клетките на дрождите, но не и с други организми, които са или по-прости, или по-сложни. Можем да използваме клетките на дрождите, за да наблюдаваме широкомащабни процеси, което ги прави идеалният организъм за изучаване на клетъчния цикъл." ;с надеждата за по-добро разбиране на човешкия клетъчен цикъл.

източници: