Forskere kortlægger alle gærproteiner på tværs af cellecyklussen for første gang

Forskere kortlægger alle gærproteiner på tværs af cellecyklussen for første gang

Et internationalt hold ledet af forskere ved University of Toronto har kortlagt bevægelsen af ​​proteiner kodet af gærgenomet under dets cellecyklus. Dette er første gang, at alle en organismes proteiner kan spores på tværs af cellecyklussen, hvilket kræver en kombination af dyb læring og højkapacitetsmikroskopi.

Holdet brugte to foldede neurale netværk, eller algoritmer, kaldet DeepLoc og CycleNet, til at analysere billeder af millioner af levende gærceller. Resultatet var et omfattende kort, der identificerede, hvor proteiner er placeret, og hvordan de bevæger sig rundt i cellen og ændrer sig i overflod under hver fase af cellecyklussen.

Vi fandt ud af, at proteiner, hvis koncentration regelmæssigt stiger og falder i cellen, har tendens til at være involveret i reguleringen af ​​cellecyklussen, mens proteiner med forudsigelig bevægelse gennem cellen har tendens til at lette den biofysiske implementering af cyklussen."

Athanasios Litsios, førsteforfatter af undersøgelsen og postdoc-forsker, Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research, University of Toronto

Undersøgelsen blev for nylig offentliggjort i tidsskriftetcelle.

Cellecyklussen refererer til de faser, som en celle gennemgår, før den endelig deler sig i individuelle celler. Det er denne proces, der ligger til grund for spredningen af ​​livet -; og fortsætter i alt levende.

På molekylært niveau afhænger cellecyklussen af ​​koordineringen af ​​mange proteiner, der bærer cellen fra vækst og DNA-replikation til celledeling. Dysregulering af proteiner kan forstyrre cellecyklussen og føre til sygdomme som kræft.

Forskerne observerede, at omkring en fjerdedel af de kortlagte gærproteiner fulgte regelmæssige mønstre med at dukke op og forsvinde eller flytte til bestemte områder af cellen. De fleste proteiner fulgte disse mønstre i enten koncentration eller bevægelse, men ikke begge dele.

"Vi identificerede omkring 400 proteiner med kun periodisk lokalisering i løbet af cellecyklussen og omkring 800 med kun periodisk koncentration," sagde Litsios. "Det betyder, at proteiner reguleres på flere niveauer for at sikre, at cellecyklussen sker som programmeret."

Forskerholdet brugte fluorescensmikroskopi til at spore omkring 4.000 proteiner i billeder af gærceller for at klassificere cellecyklusfasen såvel som placeringen af ​​proteiner i 22 kategoriserede områder af cellen, såsom kerne, cytoplasma og mitokondrier. Fase- og proteinlokationsidentifikation blev automatiseret ved brug af foldede neurale netværk med en cellecyklusfaseforudsigelsesnøjagtighed på mere end 93 procent.

"Vi analyserede billeder af mere end 20 millioner levende gærceller, som vi tildelte forskellige cellecyklusstadier ved hjælp af maskinlæring," sagde Brenda Andrews, hovedforsker af undersøgelsen og universitetsprofessor i molekylær genetik ved Donnelly Center og Temerty Fakultet for Medicin. "Vi udviklede og anvendte derefter en anden beregningspipeline til at studere, hvordan proteiner ændrer sig i deres lokalisering og koncentration i løbet af cellecyklussen. Denne undersøgelse har produceret et unikt datasæt, der giver en genom-skala visning af de molekylære ændringer, der opstår under celledeling."

"Gærcellen er en fantastisk model for eukaryotisk biologi," sagde Litsios. "Der er visse ting, vi kan gøre med gærceller, men ikke med andre organismer, der enten er enklere eller mere komplekse. Vi kan bruge gærceller til at observere processer i stor skala, hvilket gør dem til den perfekte organisme til at studere cellecyklussen." ;i håbet om bedre at forstå den menneskelige cellecyklus."

Kilder: