Les scientifiques cartographient pour la première fois toutes les protéines de levure tout au long du cycle cellulaire

Les scientifiques cartographient pour la première fois toutes les protéines de levure tout au long du cycle cellulaire

Une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l'Université de Toronto a cartographié le mouvement des protéines codées par le génome de la levure au cours de son cycle cellulaire. C'est la première fois que toutes les protéines d'un organisme peuvent être suivies tout au long du cycle cellulaire, ce qui nécessite une combinaison d'apprentissage en profondeur et de microscopie à haut débit.

L’équipe a utilisé deux réseaux neuronaux convolutifs, ou algorithmes, appelés DeepLoc et CycleNet, pour analyser les images de millions de cellules de levure vivantes. Le résultat a été une carte complète qui a identifié où se trouvent les protéines et comment elles se déplacent dans la cellule et changent en abondance au cours de chaque phase du cycle cellulaire.

Nous avons constaté que les protéines dont la concentration augmente et diminue régulièrement dans la cellule ont tendance à être impliquées dans la régulation du cycle cellulaire, tandis que les protéines dont le mouvement est prévisible à travers la cellule ont tendance à faciliter la mise en œuvre biophysique du cycle.

Athanasios Litsios, premier auteur de l'étude et chercheur postdoctoral, Donnelly Centre for Cellular and Biomolecular Research, Université de Toronto

L'étude a été récemment publiée dans la revuecellule.

Le cycle cellulaire fait référence aux phases que traverse une cellule avant de finalement se diviser en cellules individuelles. C'est ce processus qui est à la base de la propagation de la vie - ; et continue dans tous les êtres vivants.

Au niveau moléculaire, le cycle cellulaire dépend de la coordination de nombreuses protéines qui transportent la cellule depuis la croissance et la réplication de l'ADN jusqu'à la division cellulaire. Une dérégulation des protéines peut perturber le cycle cellulaire et conduire à des maladies telles que le cancer.

Les chercheurs ont observé qu’environ un quart des protéines de levure cartographiées suivaient des schémas réguliers d’apparition et de disparition ou de déplacement vers des zones spécifiques de la cellule. La plupart des protéines suivaient ces schémas en termes de concentration ou de mouvement, mais pas les deux.

"Nous avons identifié environ 400 protéines avec uniquement une localisation périodique au cours du cycle cellulaire et environ 800 avec uniquement une concentration périodique", a déclaré Litsios. "Cela signifie que les protéines sont régulées à plusieurs niveaux pour garantir que le cycle cellulaire se déroule comme programmé."

L’équipe de recherche a utilisé la microscopie à fluorescence pour suivre environ 4 000 protéines dans des images de cellules de levure afin de classer la phase du cycle cellulaire ainsi que l’emplacement des protéines dans 22 zones catégorisées de la cellule, telles que le noyau, le cytoplasme et les mitochondries. L'identification des phases et de l'emplacement des protéines a été automatisée grâce à l'utilisation de réseaux neuronaux convolutifs, avec une précision de prédiction des phases du cycle cellulaire de plus de 93 %.

"Nous avons analysé des images de plus de 20 millions de cellules de levure vivantes, que nous avons attribuées à différentes étapes du cycle cellulaire à l'aide de l'apprentissage automatique", a déclaré Brenda Andrews, chercheuse principale de l'étude et professeure universitaire de génétique moléculaire au Donnelly Center et à la Faculté de médecine Temerty. "Nous avons ensuite développé et appliqué un deuxième pipeline informatique pour étudier comment les protéines changent dans leur localisation et leur concentration au cours du cycle cellulaire. Cette étude a produit un ensemble de données unique qui fournit une vue à l'échelle du génome des changements moléculaires qui se produisent au cours de la division cellulaire."

"La cellule de levure est un excellent modèle pour la biologie eucaryote", a déclaré Litsios. "Il y a certaines choses que nous pouvons faire avec les cellules de levure, mais pas avec d'autres organismes, plus simples ou plus complexes. Nous pouvons utiliser les cellules de levure pour observer des processus à grande échelle, ce qui en fait l'organisme idéal pour étudier le cycle cellulaire." ;dans l’espoir de mieux comprendre le cycle cellulaire humain.

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