Tutkijat kartoittavat ensimmäistä kertaa kaikki hiivaproteiinit solusyklin aikana

Tutkijat kartoittavat ensimmäistä kertaa kaikki hiivaproteiinit solusyklin aikana

Toronton yliopiston tutkijoiden johtama kansainvälinen tutkimusryhmä on kartoittanut hiivan genomin koodaamien proteiinien liikkeen sen solusyklin aikana. Tämä on ensimmäinen kerta, kun kaikkia organismin proteiineja pystyttiin jäljittämään koko solusyklin ajan, mikä vaatii syvän oppimisen ja korkean suorituskyvyn mikroskopia yhdistelmän.

Ryhmä käytti kahta konvoluutiohermoverkkoa tai algoritmia, nimeltään DeepLoc ja CycleNet, analysoimaan miljoonien elävien hiivasolujen kuvia. Tuloksena oli kattava kartta, joka identifioi, missä proteiinit sijaitsevat ja kuinka ne liikkuvat solussa ja muuttuvat runsaudessaan solusyklin kunkin vaiheen aikana.

Havaitsimme, että proteiinit, joiden pitoisuus kasvaa ja laskee säännöllisesti solun sisällä, ovat yleensä mukana solusyklin säätelyssä, kun taas proteiinit, joiden kulku solun läpi on ennakoitavissa, helpottavat syklin biofysikaalista toteutusta.

Athanasios Litsios, tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja ja tohtoritutkija, Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research, Toronton yliopisto

Tutkimus julkaistiin äskettäin lehdessäsolu.

Solusykli viittaa vaiheisiin, jotka solu käy läpi ennen kuin se lopulta jakautuu yksittäisiksi soluiksi. Tämä prosessi on elämän leviämisen taustalla -; ja jatkuu kaikessa elävässä.

Molekyylitasolla solusykli riippuu monien proteiinien koordinaatiosta, jotka kuljettavat solua kasvusta ja DNA:n replikaatiosta solun jakautumiseen. Proteiinien säätelyhäiriöt voivat häiritä solukiertoa ja johtaa sairauksiin, kuten syöpään.

Tutkijat havaitsivat, että noin neljännes kartoitetuista hiivaproteiineista seurasi säännöllisiä ilmenemis- ja katoamismalleja tai siirtymistä tietyille solun alueille. Useimmat proteiinit seurasivat näitä malleja joko keskittymisessä tai liikkeessä, mutta eivät molemmissa.

"Tunnistamme noin 400 proteiinia, jotka lokalisoituivat vain ajoittain solusyklin aikana ja noin 800 vain jaksoittaisella pitoisuudella", Litsios sanoi. "Tämä tarkoittaa, että proteiineja säädellään useilla tasoilla sen varmistamiseksi, että solusykli tapahtuu ohjelmoidulla tavalla."

Tutkimusryhmä käytti fluoresenssimikroskopiaa seuratakseen hiivasolukuvissa noin 4 000 proteiinia solusyklin vaiheen luokittelemiseksi sekä proteiinien sijainnin solun 22 luokitellulla alueella, kuten ytimessä, sytoplasmassa ja mitokondrioissa. Vaiheen ja proteiinien sijainnin tunnistus automatisoitiin käyttämällä konvoluutiohermoverkkoja, ja solusyklin vaiheen ennustetarkkuus oli yli 93 prosenttia.

"Analysoimme kuvia yli 20 miljoonasta elävästä hiivasolusta, jotka määritimme eri solusyklin vaiheisiin koneoppimisen avulla", sanoi Brenda Andrews, tutkimuksen päätutkija ja molekyyligenetiikan yliopiston professori Donnelly Centeristä ja Temertyn lääketieteellisestä tiedekunnasta. "Sitten kehitimme ja sovelsimme toista laskennallista putkistoa tutkiaksemme, kuinka proteiinit muuttuvat lokalisaatiossaan ja pitoisuudessaan solusyklin aikana. Tämä tutkimus on tuottanut ainutlaatuisen tietojoukon, joka tarjoaa genomimittakaavaisen näkymän solunjakautumisen aikana tapahtuvista molekyylimuutoksista."

"Hiivasolu on loistava malli eukaryoottibiologialle", Litsios sanoi. "On tiettyjä asioita, joita voimme tehdä hiivasolujen kanssa, mutta emme muiden organismien kanssa, jotka ovat joko yksinkertaisempia tai monimutkaisempia. Voimme käyttää hiivasoluja tarkkailemaan laajamittaisia ​​prosesseja, mikä tekee niistä täydellisen organismin solusyklin tutkimiseen." ;toivossa ymmärtää paremmin ihmisen solukiertoa."

Lähteet: