Teadlased kaardistavad esimest korda kõik pärmivalgud kogu rakutsükli jooksul

Teadlased kaardistavad esimest korda kõik pärmivalgud kogu rakutsükli jooksul

Toronto ülikooli teadlaste juhitud rahvusvaheline töörühm on kaardistanud pärmi genoomi poolt kodeeritud valkude liikumise selle rakutsükli jooksul. See on esimene kord, kui kõiki organismi valke saab kogu rakutsükli jooksul jälgida, mis nõuab sügava õppimise ja suure läbilaskevõimega mikroskoopia kombinatsiooni.

Meeskond kasutas miljonite elusate pärmirakkude piltide analüüsimiseks kahte konvolutsioonilist närvivõrku või algoritmi, mida nimetatakse DeepLociks ja CycleNetiks. Tulemuseks oli põhjalik kaart, mis tuvastas, kus valgud asuvad ja kuidas nad rakus ringi liiguvad ja nende arvukus rakutsükli igas faasis muutub.

Leidsime, et valgud, mille kontsentratsioon rakus regulaarselt suureneb ja väheneb, kipuvad osalema rakutsükli reguleerimises, samas kui valgud, mille liikumine on etteaimatav läbi raku, hõlbustab tsükli biofüüsikalist rakendamist.

Athanasios Litsios, uuringu esimene autor ja Toronto ülikooli Donnelly raku- ja biomolekulaarsete uuringute keskuse järeldoktor

Uuring avaldati hiljuti ajakirjaslahtrisse.

Rakutsükkel viitab faasidele, mille rakk läbib enne lõplikku jagunemist üksikuteks rakkudeks. Just see protsess on elu leviku aluseks -; ja jätkub kõigis elusolendites.

Molekulaarsel tasandil sõltub rakutsükkel paljude valkude koordineerimisest, mis kannavad rakku kasvust ja DNA replikatsioonist raku jagunemiseni. Valkude reguleerimise rikkumine võib häirida rakutsüklit ja põhjustada selliseid haigusi nagu vähk.

Teadlased täheldasid, et umbes veerand kaardistatud pärmivalkudest järgis korrapäraseid ilmumise ja kadumise või raku kindlatesse piirkondadesse liikumise mustreid. Enamik valke järgis neid mustreid kas keskendumisel või liikumisel, kuid mitte mõlemal.

"Tuvastasime umbes 400 valku, mis paiknesid rakutsükli jooksul ainult perioodiliselt, ja umbes 800 ainult perioodilise kontsentratsiooniga valku, " ütles Litsios. "See tähendab, et valke reguleeritakse mitmel tasandil, et tagada rakutsükli toimumine programmeeritud viisil."

Uurimisrühm kasutas fluorestsentsmikroskoopiat, et jälgida umbes 4000 valku pärmirakkude piltidel, et klassifitseerida rakutsükli faas ja valkude asukoht raku 22 kategoriseeritud piirkonnas, nagu tuum, tsütoplasma ja mitokondrid. Faasi ja valgu asukoha tuvastamine automatiseeriti konvolutsiooniliste närvivõrkude abil, rakutsükli faasi prognoosimise täpsus oli üle 93 protsendi.

"Analüüsisime enam kui 20 miljoni elusa pärmiraku pilte, mille määrasime masinõppe abil erinevatele rakutsükli etappidele," ütles Brenda Andrews, uuringu juhtivteadur ja Donnelly keskuse ja Temerty arstiteaduskonna molekulaargeneetika ülikooli professor. "Seejärel töötasime välja ja rakendasime teise arvutusliku torujuhtme, et uurida, kuidas valkude lokaliseerimine ja kontsentratsioon rakutsükli jooksul muutuvad. See uuring on loonud ainulaadse andmestiku, mis annab genoomi skaala ülevaate raku jagunemise ajal toimuvatest molekulaarsetest muutustest."

"Pärmirakk on suurepärane mudel eukarüootse bioloogia jaoks, " ütles Litsios. "On teatud asju, mida saame teha pärmirakkudega, kuid mitte teiste organismidega, mis on kas lihtsamad või keerulisemad. Saame kasutada pärmirakke suuremahuliste protsesside jälgimiseks, muutes need rakutsükli uurimiseks ideaalseks organismiks." ;lootuses inimese rakutsüklit paremini mõista.

Allikad: