Znanstvenici po prvi put mapiraju sve proteine ​​kvasca kroz stanični ciklus

Znanstvenici po prvi put mapiraju sve proteine ​​kvasca kroz stanični ciklus

Međunarodni tim predvođen istraživačima sa Sveučilišta u Torontu mapirao je kretanje proteina kodiranih genomom kvasca tijekom njegovog staničnog ciklusa. Ovo je prvi put da se svi proteini organizma mogu pratiti kroz stanični ciklus, što zahtijeva kombinaciju dubokog učenja i mikroskopije visoke propusnosti.

Tim je koristio dvije konvolucijske neuronske mreže ili algoritme, nazvane DeepLoc i CycleNet, za analizu slika milijuna živih stanica kvasca. Rezultat je bila sveobuhvatna karta koja je identificirala gdje se proteini nalaze i kako se kreću po stanici i mijenjaju u obilju tijekom svake faze staničnog ciklusa.

Otkrili smo da proteini čija se koncentracija redovito povećava i smanjuje unutar stanice imaju tendenciju da budu uključeni u regulaciju staničnog ciklusa, dok proteini s predvidljivim kretanjem kroz stanicu imaju tendenciju olakšavanja biofizičke provedbe ciklusa.”

Athanasios Litsios, prvi autor studije i postdoktorand, Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research, Sveučilište u Torontu

Studija je nedavno objavljena u časopisućelija.

Stanični ciklus odnosi se na faze kroz koje stanica prolazi prije nego što se konačno podijeli u pojedinačne stanice. Upravo je taj proces u osnovi širenja života -; i nastavlja se u svim živim bićima.

Na molekularnoj razini, stanični ciklus ovisi o koordinaciji mnogih proteina koji prenose stanicu od rasta i replikacije DNA do stanične diobe. Disregulacija proteina može poremetiti stanični ciklus i dovesti do bolesti poput raka.

Istraživači su primijetili da oko četvrtina mapiranih proteina kvasca slijedi redovite obrasce pojavljivanja i nestajanja ili premještanja u određena područja stanice. Većina proteina slijedila je te obrasce bilo u koncentraciji ili kretanju, ali ne oboje.

"Identificirali smo oko 400 proteina samo s periodičnom lokalizacijom tijekom staničnog ciklusa i oko 800 samo s periodičnom koncentracijom", rekao je Litsios. "To znači da su proteini regulirani na više razina kako bi se osiguralo da se stanični ciklus odvija kao što je programirano."

Istraživački tim upotrijebio je fluorescentnu mikroskopiju za praćenje oko 4000 proteina na slikama stanica kvasca kako bi klasificirao fazu staničnog ciklusa kao i lokaciju proteina u 22 kategorizirana područja stanice, kao što su jezgra, citoplazma i mitohondrije. Identifikacija faze i lokacije proteina automatizirana je korištenjem konvolucijskih neuronskih mreža, s točnošću predviđanja faze staničnog ciklusa od više od 93 posto.

"Analizirali smo slike više od 20 milijuna živih stanica kvasca, koje smo dodijelili različitim fazama staničnog ciklusa korištenjem strojnog učenja", rekla je Brenda Andrews, glavna istraživačica studije i sveučilišna profesorica molekularne genetike u Donnelly Centru i Medicinskom fakultetu Temerty. "Zatim smo razvili i primijenili drugi računalni cjevovod za proučavanje kako se proteini mijenjaju u svojoj lokalizaciji i koncentraciji tijekom staničnog ciklusa. Ova je studija proizvela jedinstveni skup podataka koji daje pogled na skali genoma na molekularne promjene koje se događaju tijekom stanične diobe."

"Stanica kvasca izvrstan je model za eukariotsku biologiju", rekao je Litsios. "Postoje određene stvari koje možemo učiniti sa stanicama kvasca, ali ne i s drugim organizmima koji su ili jednostavniji ili složeniji. Možemo koristiti stanice kvasca za promatranje procesa velikih razmjera, što ih čini savršenim organizmom za proučavanje staničnog ciklusa." ;u nadi da ćemo bolje razumjeti ciklus ljudskih stanica.”

Izvori: