Los científicos mapean por primera vez todas las proteínas de la levadura a lo largo del ciclo celular

Los científicos mapean por primera vez todas las proteínas de la levadura a lo largo del ciclo celular

Un equipo internacional dirigido por investigadores de la Universidad de Toronto ha mapeado el movimiento de las proteínas codificadas por el genoma de la levadura durante su ciclo celular. Esta es la primera vez que se pueden rastrear todas las proteínas de un organismo a lo largo del ciclo celular, lo que requiere una combinación de aprendizaje profundo y microscopía de alto rendimiento.

El equipo utilizó dos redes neuronales convolucionales, o algoritmos, llamados DeepLoc y CycleNet, para analizar imágenes de millones de células de levadura vivas. El resultado fue un mapa completo que identificó dónde se encuentran las proteínas y cómo se mueven por la célula y cambian en abundancia durante cada fase del ciclo celular.

Descubrimos que las proteínas cuya concentración aumenta y disminuye regularmente dentro de la célula tienden a participar en la regulación del ciclo celular, mientras que las proteínas con un movimiento predecible a través de la célula tienden a facilitar la implementación biofísica del ciclo”.

Athanasios Litsios, primer autor del estudio e investigador postdoctoral, Centro Donnelly de Investigación Celular y Biomolecular, Universidad de Toronto

El estudio fue publicado recientemente en la revistacelúla.

El ciclo celular se refiere a las fases por las que pasa una célula antes de finalmente dividirse en células individuales. Es este proceso el que subyace a la propagación de la vida -; y continúa en todos los seres vivos.

A nivel molecular, el ciclo celular depende de la coordinación de muchas proteínas que llevan a la célula desde el crecimiento y la replicación del ADN hasta la división celular. La desregulación de las proteínas puede alterar el ciclo celular y provocar enfermedades como el cáncer.

Los investigadores observaron que aproximadamente una cuarta parte de las proteínas de levadura mapeadas seguían patrones regulares de aparición y desaparición o de movimiento a áreas específicas de la célula. La mayoría de las proteínas siguieron estos patrones ya sea en concentración o en movimiento, pero no en ambos.

"Identificamos alrededor de 400 proteínas con localización únicamente periódica durante el ciclo celular y alrededor de 800 con concentración únicamente periódica", dijo Litsios. "Esto significa que las proteínas están reguladas en múltiples niveles para garantizar que el ciclo celular se produzca según lo programado".

El equipo de investigación utilizó microscopía de fluorescencia para rastrear alrededor de 4.000 proteínas en imágenes de células de levadura para clasificar la fase del ciclo celular, así como la ubicación de las proteínas en 22 áreas categorizadas de la célula, como el núcleo, el citoplasma y las mitocondrias. La identificación de la fase y la ubicación de las proteínas se automatizó mediante el uso de redes neuronales convolucionales, con una precisión de predicción de la fase del ciclo celular de más del 93 por ciento.

"Analizamos imágenes de más de 20 millones de células de levadura vivas, que asignamos a diferentes etapas del ciclo celular mediante aprendizaje automático", dijo Brenda Andrews, investigadora principal del estudio y profesora universitaria de Genética Molecular en el Centro Donnelly y la Facultad de Medicina de Temerty. "Luego desarrollamos y aplicamos un segundo proceso computacional para estudiar cómo las proteínas cambian en su localización y concentración durante el ciclo celular. Este estudio ha producido un conjunto de datos único que proporciona una visión a escala genómica de los cambios moleculares que ocurren durante la división celular".

"La célula de levadura es un gran modelo para la biología eucariota", dijo Litsios. "Hay ciertas cosas que podemos hacer con células de levadura pero no con otros organismos que son más simples o más complejos. Podemos usar células de levadura para observar procesos a gran escala, lo que las convierte en el organismo perfecto para estudiar el ciclo celular". ;con la esperanza de comprender mejor el ciclo celular humano”.

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