Znanstveniki prvič preslikajo vse beljakovine kvasovk v celičnem ciklu

Znanstveniki prvič preslikajo vse beljakovine kvasovk v celičnem ciklu

Mednarodna ekipa, ki so jo vodili raziskovalci na Univerzi v Torontu, je preslikala gibanje proteinov, ki jih kodira genom kvasovk med celičnim ciklom. To je prvič, da je bilo mogoče slediti vsem beljakovinam organizma v celičnem ciklu, kar zahteva kombinacijo globokega učenja in visoko zmogljive mikroskopije.

Ekipa je uporabila dve konvolucijski nevronski mreži ali algoritma, imenovana DeepLoc in CycleNet, za analizo slik milijonov živih celic kvasovk. Rezultat je bil obsežen zemljevid, ki je identificiral, kje se proteini nahajajo in kako se gibljejo po celici ter spreminjajo v številčnosti med vsako fazo celičnega cikla.

Ugotovili smo, da so proteini, katerih koncentracija v celici redno narašča in pada, ponavadi vključeni v regulacijo celičnega cikla, medtem ko proteini s predvidljivim gibanjem skozi celico težijo k olajšanju biofizičnega izvajanja cikla.«

Athanasios Litsios, prvi avtor študije in podoktorski raziskovalec, Donnellyjev center za celične in biomolekularne raziskave, Univerza v Torontu

Študija je bila nedavno objavljena v revijicelica.

Celični cikel se nanaša na faze, skozi katere gre celica, preden se končno razdeli na posamezne celice. Ta proces je osnova širjenja življenja -; in se nadaljuje v vseh živih bitjih.

Na molekularni ravni je celični cikel odvisen od koordinacije številnih proteinov, ki prenašajo celico od rasti in replikacije DNK do celične delitve. Disregulacija beljakovin lahko moti celični cikel in povzroči bolezni, kot je rak.

Raziskovalci so opazili, da je približno četrtina preslikanih beljakovin kvasovk sledila rednim vzorcem pojavljanja in izginjanja ali premikanja na določena področja celice. Večina beljakovin je sledila tem vzorcem v koncentraciji ali gibanju, vendar ne obojega.

"Identificirali smo okoli 400 proteinov s samo periodično lokalizacijo med celičnim ciklom in okoli 800 s samo periodično koncentracijo," je dejal Litsios. "To pomeni, da so beljakovine regulirane na več ravneh, da se zagotovi, da se celični cikel odvija, kot je programirano."

Raziskovalna skupina je uporabila fluorescenčno mikroskopijo za sledenje približno 4.000 beljakovinam na slikah celic kvasovk, da bi razvrstila fazo celičnega cikla in lokacijo beljakovin v 22 kategoriziranih področjih celice, kot so jedro, citoplazma in mitohondriji. Identifikacija faze in lokacije proteina je bila avtomatizirana z uporabo konvolucijskih nevronskih mrež z več kot 93-odstotno natančnostjo napovedi faze celičnega cikla.

"Analizirali smo slike več kot 20 milijonov živih celic kvasovk, ki smo jih s strojnim učenjem dodelili različnim stopnjam celičnega cikla," je povedala Brenda Andrews, glavna raziskovalka študije in univerzitetna profesorica molekularne genetike na Centru Donnelly in Medicinski fakulteti Temerty. "Nato smo razvili in uporabili drugi računalniški cevovod za preučevanje, kako se proteini spreminjajo v svoji lokalizaciji in koncentraciji med celičnim ciklom. Ta študija je izdelala edinstven nabor podatkov, ki zagotavlja pogled na ravni genoma na molekularne spremembe, ki se zgodijo med delitvijo celic."

"Celica kvasovk je odličen model za evkariontsko biologijo," je dejal Litsios. "Obstajajo določene stvari, ki jih lahko počnemo s celicami kvasovk, ne pa tudi z drugimi organizmi, ki so enostavnejši ali bolj zapleteni. Celice kvasovk lahko uporabimo za opazovanje obsežnih procesov, zaradi česar so popoln organizem za preučevanje celičnega cikla." ;v upanju, da bomo bolje razumeli cikel človeških celic.«

Viri: