Mokslininkai pirmą kartą nustato visus mielių baltymus per ląstelių ciklą

Mokslininkai pirmą kartą nustato visus mielių baltymus per ląstelių ciklą

Tarptautinė komanda, vadovaujama Toronto universiteto mokslininkų, sudarė mielių genomo užkoduotų baltymų judėjimą per ląstelių ciklą. Tai pirmas kartas, kai visi organizmo baltymai gali būti atsekami per visą ląstelių ciklą, todėl reikia gilaus mokymosi ir didelio našumo mikroskopijos derinio.

Grupė naudojo du konvoliucinius neuroninius tinklus arba algoritmus, vadinamus DeepLoc ir CycleNet, kad analizuotų milijonų gyvų mielių ląstelių vaizdus. Rezultatas buvo išsamus žemėlapis, kuriame buvo nustatyta, kur yra baltymai ir kaip jie juda aplink ląstelę ir keičiasi jų gausa kiekvienoje ląstelės ciklo fazėje.

Mes nustatėme, kad baltymai, kurių koncentracija ląstelėje reguliariai didėja ir mažėja, paprastai dalyvauja reguliuojant ląstelių ciklą, o baltymai, kurių judėjimas per ląstelę yra nuspėjamas, yra linkę palengvinti biofizinį ciklo įgyvendinimą.

Athanasios Litsios, pirmasis tyrimo autorius ir doktorantūros tyrėjas, Donnelly ląstelių ir biomolekulinių tyrimų centras, Toronto universitetas

Tyrimas neseniai buvo paskelbtas žurnaleląstelė.

Ląstelių ciklas reiškia fazes, kurias ląstelė išgyvena, kol galiausiai dalijasi į atskiras ląsteles. Būtent šis procesas yra gyvybės plitimo pagrindas -; ir tęsiasi visuose gyvuose dalykuose.

Molekuliniu lygmeniu ląstelės ciklas priklauso nuo daugelio baltymų, pernešančių ląstelę nuo augimo ir DNR replikacijos iki ląstelių dalijimosi, koordinavimo. Baltymų reguliavimo sutrikimas gali sutrikdyti ląstelių ciklą ir sukelti tokias ligas kaip vėžys.

Tyrėjai pastebėjo, kad maždaug ketvirtadalis susietų mielių baltymų atsirado pagal įprastus modelius, atsirandančius ir išnykdami arba persikėlė į tam tikras ląstelės sritis. Dauguma baltymų laikėsi šių modelių tiek susikaupdami, tiek judant, bet ne abu.

"Mes nustatėme apie 400 baltymų, kurių lokalizacija yra tik periodinė ląstelių ciklo metu, o apie 800 - tik periodiškai", - sakė Litsiosas. "Tai reiškia, kad baltymai yra reguliuojami keliais lygiais, siekiant užtikrinti, kad ląstelių ciklas vyktų taip, kaip užprogramuota."

Tyrėjų grupė naudojo fluorescencinę mikroskopiją, kad galėtų stebėti apie 4000 baltymų mielių ląstelių vaizduose, kad būtų galima klasifikuoti ląstelių ciklo fazę, taip pat baltymų vietą 22 ląstelėse, suskirstytose į kategorijas, pavyzdžiui, branduolyje, citoplazmoje ir mitochondrijose. Fazės ir baltymų vietos identifikavimas buvo automatizuotas naudojant konvoliucinius neuroninius tinklus, o ląstelių ciklo fazės prognozės tikslumas buvo didesnis nei 93 procentai.

„Išanalizavome daugiau nei 20 milijonų gyvų mielių ląstelių vaizdus, ​​kuriuos priskyrėme skirtingiems ląstelių ciklo etapams, naudodami mašininį mokymąsi“, - sakė Brenda Andrews, pagrindinė tyrimo tyrėja ir universiteto molekulinės genetikos profesorė Donnelly centre ir Temerty medicinos fakultete. "Tada sukūrėme ir pritaikėme antrąjį skaičiavimo vamzdyną, kad ištirtume, kaip baltymų lokalizacija ir koncentracija ląstelių ciklo metu keičiasi. Šis tyrimas sukūrė unikalų duomenų rinkinį, kuris suteikia genomo masto vaizdą apie molekulinius pokyčius, vykstančius ląstelių dalijimosi metu."

"Mielių ląstelė yra puikus eukariotų biologijos modelis", - sakė Litsiosas. "Yra tam tikrų dalykų, kuriuos galime padaryti su mielių ląstelėmis, bet ne su kitais organizmais, kurie yra paprastesni ar sudėtingesni. Galime naudoti mielių ląsteles didelio masto procesams stebėti, todėl jie yra puikus organizmas ląstelių ciklui tirti." ;siekdamas geriau suprasti žmogaus ląstelių ciklą.

Šaltiniai: