Vědci poprvé mapují všechny kvasinkové proteiny napříč buněčným cyklem

Vědci poprvé mapují všechny kvasinkové proteiny napříč buněčným cyklem

Mezinárodní tým vedený vědci z University of Toronto zmapoval pohyb proteinů kódovaných kvasinkovým genomem během jeho buněčného cyklu. Je to poprvé, co bylo možné sledovat všechny proteiny organismu v průběhu buněčného cyklu, což vyžaduje kombinaci hlubokého učení a vysoce výkonné mikroskopie.

Tým použil dvě konvoluční neuronové sítě nebo algoritmy nazývané DeepLoc a CycleNet k analýze obrázků milionů živých kvasinkových buněk. Výsledkem byla komplexní mapa, která identifikovala, kde se proteiny nacházejí a jak se pohybují po buňce a mění se v hojnosti během každé fáze buněčného cyklu.

Zjistili jsme, že proteiny, jejichž koncentrace se v buňce pravidelně zvyšuje a snižuje, mají tendenci se podílet na regulaci buněčného cyklu, zatímco proteiny s předvídatelným pohybem buňkou mají tendenci usnadňovat biofyzikální realizaci cyklu.

Athanasios Litsios, první autor studie a postdoktorský výzkumník, Donnelly Center for Cellular and Biomolekulární výzkum, University of Toronto

Studie byla nedávno publikována v časopisebuňka.

Buněčný cyklus označuje fáze, kterými buňka prochází, než se konečně rozdělí na jednotlivé buňky. Právě tento proces je základem šíření života -; a pokračuje ve všem živém.

Na molekulární úrovni závisí buněčný cyklus na koordinaci mnoha proteinů, které přenášejí buňku od růstu a replikace DNA k buněčnému dělení. Dysregulace proteinů může narušit buněčný cyklus a vést k onemocněním, jako je rakovina.

Výzkumníci pozorovali, že asi čtvrtina zmapovaných kvasinkových proteinů sledovala pravidelné vzorce objevování a mizení nebo přesunu do konkrétních oblastí buňky. Většina proteinů sledovala tyto vzorce buď v koncentraci nebo v pohybu, ale ne obojí.

"Identifikovali jsme asi 400 proteinů pouze s periodickou lokalizací během buněčného cyklu a asi 800 s pouze periodickou koncentrací," řekl Litsios. "To znamená, že proteiny jsou regulovány na více úrovních, aby se zajistilo, že buněčný cyklus proběhne podle programu."

Výzkumný tým použil fluorescenční mikroskop ke sledování přibližně 4 000 proteinů v obrázcích kvasinkových buněk, aby klasifikoval fázi buněčného cyklu a také umístění proteinů ve 22 kategorizovaných oblastech buňky, jako je jádro, cytoplazma a mitochondrie. Identifikace fáze a umístění proteinu byla automatizována pomocí konvolučních neuronových sítí s přesností předpovědi fáze buněčného cyklu více než 93 procent.

"Analyzovali jsme obrazy více než 20 milionů živých kvasinkových buněk, které jsme přiřadili různým stádiím buněčného cyklu pomocí strojového učení," řekla Brenda Andrews, hlavní řešitelka studie a univerzitní profesorka molekulární genetiky na Donnelly Center a lékařské fakultě Temerty. "Potom jsme vyvinuli a použili druhý výpočetní kanál, abychom studovali, jak se proteiny mění ve své lokalizaci a koncentraci během buněčného cyklu. Tato studie vytvořila jedinečný soubor dat, který poskytuje pohled na molekulární změny, ke kterým dochází během buněčného dělení, v měřítku genomu."

"Kvasinková buňka je skvělým modelem pro eukaryotickou biologii," řekl Litsios. "Jsou určité věci, které můžeme dělat s kvasinkovými buňkami, ale ne s jinými organismy, které jsou buď jednodušší, nebo složitější. Můžeme použít kvasinkové buňky k pozorování procesů ve velkém měřítku, což z nich činí dokonalý organismus pro studium buněčného cyklu." "V naději, že lépe porozumíme lidskému buněčnému cyklu."

Zdroje: