Cientistas mapeiam todas as proteínas de levedura ao longo do ciclo celular pela primeira vez

Cientistas mapeiam todas as proteínas de levedura ao longo do ciclo celular pela primeira vez

Uma equipe internacional liderada por pesquisadores da Universidade de Toronto mapeou o movimento das proteínas codificadas pelo genoma da levedura durante o seu ciclo celular. Esta é a primeira vez que todas as proteínas de um organismo podem ser rastreadas ao longo do ciclo celular, exigindo uma combinação de aprendizagem profunda e microscopia de alto rendimento.

A equipe usou duas redes neurais convolucionais, ou algoritmos, chamados DeepLoc e CycleNet, para analisar imagens de milhões de células vivas de levedura. O resultado foi um mapa abrangente que identificou onde as proteínas estão localizadas e como elas se movem pela célula e mudam em abundância durante cada fase do ciclo celular.

Descobrimos que as proteínas cuja concentração aumenta e diminui regularmente dentro da célula tendem a estar envolvidas na regulação do ciclo celular, enquanto as proteínas com movimento previsível através da célula tendem a facilitar a implementação biofísica do ciclo.”

Athanasios Litsios, primeiro autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado, Donnelly Centre for Cellular and Biomolecular Research, University of Toronto

O estudo foi publicado recentemente na revistacélula.

O ciclo celular refere-se às fases pelas quais uma célula passa antes de finalmente se dividir em células individuais. É este processo que está na base da difusão da vida -; e continua em todos os seres vivos.

No nível molecular, o ciclo celular depende da coordenação de muitas proteínas que transportam a célula desde o crescimento e replicação do DNA até a divisão celular. A desregulação das proteínas pode perturbar o ciclo celular e levar a doenças como o câncer.

Os pesquisadores observaram que cerca de um quarto das proteínas de levedura mapeadas seguiam padrões regulares de aparecimento e desaparecimento ou de movimentação para áreas específicas da célula. A maioria das proteínas seguiu esses padrões tanto na concentração quanto no movimento, mas não em ambos.

“Identificamos cerca de 400 proteínas apenas com localização periódica durante o ciclo celular e cerca de 800 com concentração apenas periódica”, disse Litsios. “Isso significa que as proteínas são reguladas em vários níveis para garantir que o ciclo celular ocorra conforme programado.”

A equipe de pesquisa usou microscopia de fluorescência para rastrear cerca de 4.000 proteínas em imagens de células de levedura para classificar a fase do ciclo celular, bem como a localização das proteínas em 22 áreas categorizadas da célula, como núcleo, citoplasma e mitocôndrias. A identificação da localização da fase e da proteína foi automatizada através do uso de redes neurais convolucionais, com precisão de previsão da fase do ciclo celular de mais de 93%.

“Analisamos imagens de mais de 20 milhões de células de levedura vivas, que atribuímos a diferentes estágios do ciclo celular usando aprendizado de máquina”, disse Brenda Andrews, investigadora principal do estudo e professora universitária de Genética Molecular no Donnelly Center e na Temerty Faculdade de Medicina. "Em seguida, desenvolvemos e aplicamos um segundo pipeline computacional para estudar como as proteínas mudam em sua localização e concentração durante o ciclo celular. Este estudo produziu um conjunto de dados exclusivo que fornece uma visão em escala genômica das mudanças moleculares que ocorrem durante a divisão celular."

“A célula de levedura é um excelente modelo para a biologia eucariótica”, disse Litsios. “Há certas coisas que podemos fazer com células de levedura, mas não com outros organismos que sejam mais simples ou mais complexos. Podemos usar células de levedura para observar processos em grande escala, tornando-as o organismo perfeito para estudar o ciclo celular”. ;na esperança de compreender melhor o ciclo celular humano.”

Fontes: