Naukowcy po raz pierwszy mapują wszystkie białka drożdży w całym cyklu komórkowym

Naukowcy po raz pierwszy mapują wszystkie białka drożdży w całym cyklu komórkowym

Międzynarodowy zespół kierowany przez naukowców z Uniwersytetu w Toronto zmapował ruch białek kodowanych przez genom drożdży podczas cyklu komórkowego. Po raz pierwszy można prześledzić wszystkie białka organizmu w cyklu komórkowym, co wymaga połączenia głębokiego uczenia się i wysokoprzepustowej mikroskopii.

Zespół wykorzystał dwie splotowe sieci neuronowe, czyli algorytmy, zwane DeepLoc i CycleNet, do analizy obrazów milionów żywych komórek drożdży. W rezultacie powstała kompleksowa mapa identyfikująca, gdzie znajdują się białka, w jaki sposób poruszają się po komórce oraz zmieniają się ich liczebność w każdej fazie cyklu komórkowego.

Odkryliśmy, że białka, których stężenie regularnie wzrasta i maleje w komórce, zwykle biorą udział w regulacji cyklu komórkowego, podczas gdy białka o przewidywalnym ruchu w komórce zwykle ułatwiają biofizyczną realizację cyklu”.

Athanasios Litsios, pierwszy autor badania i pracownik naukowy ze stopniem doktora, Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research, University of Toronto

Wyniki badania opublikowano niedawno w czasopiśmiekomórka.

Cykl komórkowy odnosi się do faz, przez które przechodzi komórka, zanim ostatecznie podzieli się na pojedyncze komórki. To właśnie ten proces leży u podstaw rozprzestrzeniania się życia -; i trwa we wszystkich żywych istotach.

Na poziomie molekularnym cykl komórkowy zależy od koordynacji wielu białek, które przenoszą komórkę od wzrostu i replikacji DNA do podziału komórki. Rozregulowanie białek może zakłócać cykl komórkowy i prowadzić do chorób takich jak rak.

Naukowcy zaobserwowali, że około jedna czwarta mapowanych białek drożdży wykazywała regularne wzorce pojawiania się i znikania lub przemieszczania się do określonych obszarów komórki. Większość białek podążała za tymi wzorcami pod względem koncentracji lub ruchu, ale nie obu.

„Zidentyfikowaliśmy około 400 białek wykazujących jedynie okresową lokalizację podczas cyklu komórkowego i około 800 charakteryzujących się jedynie okresową koncentracją” – powiedział Litsios. „Oznacza to, że białka są regulowane na wielu poziomach, aby zapewnić przebieg cyklu komórkowego zgodnie z zaprogramowaniem”.

Zespół badawczy wykorzystał mikroskopię fluorescencyjną do śledzenia około 4000 białek na obrazach komórek drożdży, aby sklasyfikować fazę cyklu komórkowego, a także lokalizację białek w 22 skategoryzowanych obszarach komórki, takich jak jądro, cytoplazma i mitochondria. Identyfikację lokalizacji faz i białek zautomatyzowano za pomocą splotowych sieci neuronowych, a dokładność przewidywania faz cyklu komórkowego wynosiła ponad 93 procent.

„Przeanalizowaliśmy obrazy ponad 20 milionów żywych komórek drożdży, które przypisaliśmy do różnych etapów cyklu komórkowego za pomocą uczenia maszynowego” – powiedziała Brenda Andrews, główna badaczka badania i profesor genetyki molekularnej w Donnelly Center i Wydziale Lekarskim Temerty. „Następnie opracowaliśmy i zastosowaliśmy drugi proces obliczeniowy, aby zbadać, jak białka zmieniają się pod względem lokalizacji i stężenia podczas cyklu komórkowego. W wyniku tego badania uzyskano unikalny zbiór danych, który zapewnia obraz zmian molekularnych zachodzących podczas podziału komórki w skali genomu”.

„Komórka drożdży jest doskonałym modelem biologii eukariotycznej” – powiedział Litsios. „Są pewne rzeczy, które możemy zrobić z komórkami drożdży, ale nie z innymi organizmami, które są albo prostsze, albo bardziej złożone. Możemy używać komórek drożdży do obserwacji procesów na dużą skalę, co czyni je idealnym organizmem do badania cyklu komórkowego”. w nadziei lepszego zrozumienia cyklu komórkowego człowieka.”

Źródła: