Oamenii de știință cartografiază pentru prima dată toate proteinele de drojdie de-a lungul ciclului celular

Oamenii de știință cartografiază pentru prima dată toate proteinele de drojdie de-a lungul ciclului celular

O echipă internațională condusă de cercetători de la Universitatea din Toronto a cartografiat mișcarea proteinelor codificate de genomul drojdiei în timpul ciclului său celular. Aceasta este prima dată când toate proteinele unui organism ar putea fi urmărite de-a lungul ciclului celular, necesitând o combinație de învățare profundă și microscopie de mare performanță.

Echipa a folosit două rețele neuronale convoluționale, sau algoritmi, numite DeepLoc și CycleNet, pentru a analiza imagini ale milioane de celule de drojdie vii. Rezultatul a fost o hartă cuprinzătoare care a identificat unde sunt localizate proteinele și modul în care acestea se mișcă în jurul celulei și se schimbă în abundență în timpul fiecărei faze a ciclului celular.

Am descoperit că proteinele a căror concentrație crește și scade în mod regulat în interiorul celulei tind să fie implicate în reglarea ciclului celular, în timp ce proteinele cu mișcare previzibilă prin celulă tind să faciliteze implementarea biofizică a ciclului.”

Athanasios Litsios, primul autor al studiului și cercetător postdoctoral, Centrul Donnelly pentru Cercetare Celulară și Biomoleculară, Universitatea din Toronto

Studiul a fost publicat recent în jurnalcelulă.

Ciclul celular se referă la fazele prin care trece o celulă înainte de a se diviza în cele din urmă în celule individuale. Acest proces stă la baza răspândirii vieții -; şi continuă în toate vieţuitoarele.

La nivel molecular, ciclul celular depinde de coordonarea multor proteine ​​care transportă celula de la creștere și replicarea ADN-ului până la diviziunea celulară. Dereglarea proteinelor poate perturba ciclul celular și poate duce la boli precum cancerul.

Cercetătorii au observat că aproximativ un sfert din proteinele de drojdie mapate au urmat modele regulate de apariție și dispariție sau deplasare în anumite zone ale celulei. Majoritatea proteinelor au urmat aceste modele fie în concentrare, fie în mișcare, dar nu în ambele.

„Am identificat aproximativ 400 de proteine ​​doar cu localizare periodică în timpul ciclului celular și aproximativ 800 cu doar concentrație periodică”, a spus Litsios. „Aceasta înseamnă că proteinele sunt reglate la mai multe niveluri pentru a se asigura că ciclul celular are loc așa cum este programat.”

Echipa de cercetare a folosit microscopia cu fluorescență pentru a urmări aproximativ 4.000 de proteine ​​în imagini ale celulelor de drojdie pentru a clasifica faza ciclului celular, precum și locația proteinelor în 22 de zone clasificate ale celulei, cum ar fi nucleul, citoplasma și mitocondriile. Identificarea fazelor și a locației proteinelor a fost automatizată prin utilizarea rețelelor neuronale convoluționale, cu o precizie de predicție a fazei ciclului celular de peste 93 la sută.

„Am analizat imagini cu peste 20 de milioane de celule vii de drojdie, pe care le-am atribuit diferitelor etape ale ciclului celular folosind învățarea automată”, a spus Brenda Andrews, cercetătorul principal al studiului și profesor universitar de Genetică Moleculară la Centrul Donnelly și Facultatea de Medicină Temerty. „Apoi am dezvoltat și aplicat o a doua conductă de calcul pentru a studia modul în care proteinele se schimbă în localizarea și concentrarea lor în timpul ciclului celular. Acest studiu a produs un set de date unic care oferă o vedere la scară a genomului a modificărilor moleculare care apar în timpul diviziunii celulare”.

„Celula de drojdie este un model grozav pentru biologia eucariote”, a spus Litsios. „Există anumite lucruri pe care le putem face cu celulele de drojdie, dar nu cu alte organisme care sunt fie mai simple, fie mai complexe. Putem folosi celulele de drojdie pentru a observa procese la scară largă, făcându-le organismul perfect pentru studiul ciclului celular”. ;în speranța unei mai bune înțelegeri a ciclului celular uman.”

Surse: