Zinātnieki pirmo reizi kartē visus rauga proteīnus visā šūnu ciklā

Zinātnieki pirmo reizi kartē visus rauga proteīnus visā šūnu ciklā

Starptautiskā komanda Toronto universitātes pētnieku vadībā ir kartējusi rauga genoma kodēto proteīnu kustību tā šūnu cikla laikā. Šī ir pirmā reize, kad visas organisma olbaltumvielas var izsekot visā šūnu ciklā, un ir nepieciešama dziļas mācīšanās un augstas caurlaidības mikroskopijas kombinācija.

Komanda izmantoja divus konvolucionālos neironu tīklus vai algoritmus, ko sauc par DeepLoc un CycleNet, lai analizētu miljoniem dzīvu rauga šūnu attēlus. Rezultāts bija visaptveroša karte, kas identificēja proteīnu atrašanās vietu un to, kā tie pārvietojas pa šūnu un mainās pārpilnība katrā šūnu cikla fāzē.

Mēs atklājām, ka olbaltumvielas, kuru koncentrācija šūnā regulāri palielinās un samazinās, mēdz būt iesaistītas šūnu cikla regulēšanā, savukārt olbaltumvielas ar paredzamu kustību caur šūnu mēdz atvieglot cikla biofizikālo īstenošanu.

Athanasios Litsios, pirmais pētījuma autors un pēcdoktorantūras pētnieks, Toronto Universitātes Donellija šūnu un biomolekulāro pētījumu centrs

Pētījums nesen tika publicēts žurnālāšūna.

Šūnu cikls attiecas uz fāzēm, kurām šūna iet cauri, pirms beidzot sadalās atsevišķās šūnās. Tieši šis process ir dzīvības izplatības pamatā -; un turpinās visās dzīvajās būtnēs.

Molekulārā līmenī šūnu cikls ir atkarīgs no daudzu proteīnu koordinācijas, kas pārnes šūnu no augšanas un DNS replikācijas līdz šūnu dalīšanai. Olbaltumvielu regulēšanas traucējumi var izjaukt šūnu ciklu un izraisīt tādas slimības kā vēzis.

Pētnieki novēroja, ka aptuveni ceturtdaļa no kartētajiem rauga proteīniem sekoja regulāriem parādīšanās un pazušanas vai pārvietošanās uz noteiktām šūnas vietām. Lielākā daļa olbaltumvielu ievēroja šos modeļus koncentrācijā vai kustībā, bet ne abos.

"Mēs identificējām aptuveni 400 proteīnu ar tikai periodisku lokalizāciju šūnu cikla laikā un aptuveni 800 ar tikai periodisku koncentrāciju," sacīja Litsios. "Tas nozīmē, ka olbaltumvielas tiek regulētas vairākos līmeņos, lai nodrošinātu, ka šūnu cikls notiek kā ieprogrammēts."

Pētnieku grupa izmantoja fluorescences mikroskopiju, lai rauga šūnu attēlos izsekotu aptuveni 4000 proteīnu, lai klasificētu šūnu cikla fāzi, kā arī olbaltumvielu atrašanās vietu 22 kategorizētās šūnas zonās, piemēram, kodolā, citoplazmā un mitohondrijās. Fāzes un olbaltumvielu atrašanās vietas noteikšana tika automatizēta, izmantojot konvolucionālos neironu tīklus, ar šūnu cikla fāzes prognozēšanas precizitāti vairāk nekā 93 procenti.

"Mēs analizējām vairāk nekā 20 miljonu dzīvu rauga šūnu attēlus, kurus piešķīrām dažādiem šūnu cikla posmiem, izmantojot mašīnmācīšanos," sacīja Brenda Endrjūsa, pētījuma galvenā pētniece un Donellijas centra un Temerty Medicīnas fakultātes universitātes molekulārās ģenētikas profesore. "Pēc tam mēs izstrādājām un izmantojām otru skaitļošanas cauruļvadu, lai izpētītu, kā proteīni mainās to lokalizācijā un koncentrācijā šūnu cikla laikā. Šis pētījums ir radījis unikālu datu kopu, kas nodrošina genoma mēroga skatījumu uz molekulārajām izmaiņām, kas notiek šūnu dalīšanās laikā."

"Rauga šūna ir lielisks eikariotu bioloģijas modelis," sacīja Litsioss. "Ir noteiktas lietas, ko mēs varam darīt ar rauga šūnām, bet ne ar citiem organismiem, kas ir vai nu vienkāršāki, vai sarežģītāki. Mēs varam izmantot rauga šūnas, lai novērotu liela mēroga procesus, padarot tās par ideālu organismu šūnu cikla izpētei." ;cerot labāk izprast cilvēka šūnu ciklu.

Avoti: