Forskere kartlegger alle gjærproteiner gjennom cellesyklusen for første gang

Forskere kartlegger alle gjærproteiner gjennom cellesyklusen for første gang

Et internasjonalt team ledet av forskere ved University of Toronto har kartlagt bevegelsen av proteiner kodet av gjærgenomet under cellesyklusen. Dette er første gang at alle en organismes proteiner kan spores gjennom cellesyklusen, noe som krever en kombinasjon av dyp læring og høykapasitetsmikroskopi.

Teamet brukte to konvolusjonelle nevrale nettverk, eller algoritmer, kalt DeepLoc og CycleNet, for å analysere bilder av millioner av levende gjærceller. Resultatet var et omfattende kart som identifiserte hvor proteiner er lokalisert og hvordan de beveger seg rundt i cellen og endrer seg i overflod under hver fase av cellesyklusen.

Vi fant at proteiner hvis konsentrasjon jevnlig øker og reduseres i cellen har en tendens til å være involvert i reguleringen av cellesyklusen, mens proteiner med forutsigbar bevegelse gjennom cellen har en tendens til å lette den biofysiske implementeringen av syklusen.

Athanasios Litsios, førsteforfatter av studien og postdoktor, Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research, University of Toronto

Studien ble nylig publisert i tidsskriftetcelle.

Cellesyklusen refererer til fasene som en celle går gjennom før den til slutt deler seg i individuelle celler. Det er denne prosessen som ligger til grunn for spredningen av livet -; og fortsetter i alt levende.

På molekylært nivå er cellesyklusen avhengig av koordineringen av mange proteiner som bærer cellen fra vekst og DNA-replikasjon til celledeling. Dysregulering av proteiner kan forstyrre cellesyklusen og føre til sykdommer som kreft.

Forskerne observerte at omtrent en fjerdedel av de kartlagte gjærproteinene fulgte vanlige mønstre med å dukke opp og forsvinne eller flytte til bestemte områder av cellen. De fleste proteiner fulgte disse mønstrene i enten konsentrasjon eller bevegelse, men ikke begge deler.

"Vi identifiserte rundt 400 proteiner med bare periodisk lokalisering i løpet av cellesyklusen og rundt 800 med bare periodisk konsentrasjon," sa Litsios. "Dette betyr at proteiner reguleres på flere nivåer for å sikre at cellesyklusen skjer som programmert."

Forskerteamet brukte fluorescensmikroskopi for å spore rundt 4000 proteiner i bilder av gjærceller for å klassifisere cellesyklusfasen samt plasseringen av proteiner i 22 kategoriserte områder av cellen, som kjernen, cytoplasma og mitokondrier. Fase- og proteinplasseringsidentifikasjon ble automatisert ved bruk av konvolusjonelle nevrale nettverk, med cellesyklusfaseprediksjonsnøyaktighet på mer enn 93 prosent.

"Vi analyserte bilder av mer enn 20 millioner levende gjærceller, som vi tildelte forskjellige cellesyklusstadier ved hjelp av maskinlæring," sa Brenda Andrews, hovedetterforsker av studien og universitetsprofessor i molekylær genetikk ved Donnelly Center og Temerty Fakultet for medisin. "Vi utviklet og brukte en andre beregningspipeline for å studere hvordan proteiner endrer seg i lokalisering og konsentrasjon i løpet av cellesyklusen. Denne studien har produsert et unikt datasett som gir en genom-skala oversikt over de molekylære endringene som skjer under celledeling."

"Gjærcellen er en flott modell for eukaryotisk biologi," sa Litsios. "Det er visse ting vi kan gjøre med gjærceller, men ikke med andre organismer som enten er enklere eller mer komplekse. Vi kan bruke gjærceller til å observere prosesser i stor skala, noe som gjør dem til den perfekte organismen for å studere cellesyklusen." ;i håp om å forstå den menneskelige cellesyklusen bedre.»

Kilder: