Gli scienziati mappano per la prima volta tutte le proteine ​​del lievito attraverso il ciclo cellulare

Gli scienziati mappano per la prima volta tutte le proteine ​​del lievito attraverso il ciclo cellulare

Un team internazionale guidato da ricercatori dell’Università di Toronto ha mappato il movimento delle proteine ​​codificate dal genoma del lievito durante il suo ciclo cellulare. Questa è la prima volta che tutte le proteine ​​di un organismo possono essere monitorate attraverso il ciclo cellulare, richiedendo una combinazione di apprendimento profondo e microscopia ad alto rendimento.

Il team ha utilizzato due reti neurali convoluzionali, o algoritmi, chiamate DeepLoc e CycleNet, per analizzare le immagini di milioni di cellule di lievito vive. Il risultato è una mappa completa che identifica dove si trovano le proteine ​​e come si muovono all’interno della cellula e cambiano in abbondanza durante ciascuna fase del ciclo cellulare.

Abbiamo scoperto che le proteine ​​la cui concentrazione aumenta e diminuisce regolarmente all’interno della cellula tendono ad essere coinvolte nella regolazione del ciclo cellulare, mentre le proteine ​​con movimento prevedibile attraverso la cellula tendono a facilitare l’attuazione biofisica del ciclo”.

Athanasios Litsios, primo autore dello studio e ricercatore post-dottorato, Centro Donnelly per la ricerca cellulare e biomolecolare, Università di Toronto

Lo studio è stato recentemente pubblicato sulla rivistacella.

Il ciclo cellulare si riferisce alle fasi che una cellula attraversa prima di dividersi definitivamente in singole cellule. È questo processo che è alla base della diffusione della vita -; e continua in tutti gli esseri viventi.

A livello molecolare, il ciclo cellulare dipende dalla coordinazione di molte proteine ​​che trasportano la cellula dalla crescita e dalla replicazione del DNA alla divisione cellulare. La disregolazione delle proteine ​​può interrompere il ciclo cellulare e portare a malattie come il cancro.

I ricercatori hanno osservato che circa un quarto delle proteine ​​di lievito mappate seguivano schemi regolari di comparsa e scomparsa o di spostamento in aree specifiche della cellula. La maggior parte delle proteine ​​seguiva questi schemi sia nella concentrazione che nel movimento, ma non in entrambi.

"Abbiamo identificato circa 400 proteine ​​con solo localizzazione periodica durante il ciclo cellulare e circa 800 con solo concentrazione periodica", ha detto Litsios. “Ciò significa che le proteine ​​sono regolate a più livelli per garantire che il ciclo cellulare avvenga come programmato”.

Il team di ricerca ha utilizzato la microscopia a fluorescenza per tracciare circa 4.000 proteine ​​in immagini di cellule di lievito per classificare la fase del ciclo cellulare e la posizione delle proteine ​​in 22 aree categorizzate della cellula, come il nucleo, il citoplasma e i mitocondri. L'identificazione della fase e della posizione delle proteine ​​è stata automatizzata attraverso l'uso di reti neurali convoluzionali, con una precisione di previsione della fase del ciclo cellulare superiore al 93%.

"Abbiamo analizzato le immagini di oltre 20 milioni di cellule di lievito vive, che abbiamo assegnato a diverse fasi del ciclo cellulare utilizzando l'apprendimento automatico", ha affermato Brenda Andrews, ricercatrice principale dello studio e professoressa universitaria di genetica molecolare presso il Donnelly Center e la Facoltà di Medicina di Temerty. “Abbiamo quindi sviluppato e applicato una seconda pipeline computazionale per studiare come le proteine ​​cambiano nella loro localizzazione e concentrazione durante il ciclo cellulare. Questo studio ha prodotto un set di dati unico che fornisce una visione su scala genomica dei cambiamenti molecolari che si verificano durante la divisione cellulare”.

"La cellula di lievito è un ottimo modello per la biologia eucariotica", ha detto Litsios. "Ci sono alcune cose che possiamo fare con le cellule di lievito, ma non con altri organismi che sono più semplici o più complessi. Possiamo usare le cellule di lievito per osservare processi su larga scala, rendendole l'organismo perfetto per studiare il ciclo cellulare." ;nella speranza di comprendere meglio il ciclo cellulare umano”.

Fonti: