Forskare kartlägger alla jästproteiner över cellcykeln för första gången

Forskare kartlägger alla jästproteiner över cellcykeln för första gången

Ett internationellt team ledd av forskare vid University of Toronto har kartlagt rörelsen av proteiner som kodas av jästgenomet under dess cellcykel. Detta är första gången som alla en organisms proteiner kan spåras över cellcykeln, vilket kräver en kombination av djupinlärning och mikroskopi med hög genomströmning.

Teamet använde två konvolutionella neurala nätverk, eller algoritmer, kallade DeepLoc och CycleNet, för att analysera bilder av miljontals levande jästceller. Resultatet blev en omfattande karta som identifierade var proteiner finns och hur de rör sig runt cellen och förändras i överflöd under varje fas av cellcykeln.

Vi fann att proteiner vars koncentration regelbundet ökar och minskar i cellen tenderar att vara involverade i regleringen av cellcykeln, medan proteiner med förutsägbar rörelse genom cellen tenderar att underlätta den biofysiska implementeringen av cykeln."

Athanasios Litsios, första författare till studien och postdoktor, Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research, University of Toronto

Studien publicerades nyligen i tidskriftencell.

Cellcykeln hänvisar till de faser som en cell går igenom innan den slutligen delar sig i enskilda celler. Det är denna process som ligger till grund för spridningen av livet -; och fortsätter i allt levande.

På molekylär nivå beror cellcykeln på koordinationen av många proteiner som bär cellen från tillväxt och DNA-replikation till celldelning. Dysregulation av proteiner kan störa cellcykeln och leda till sjukdomar som cancer.

Forskarna observerade att ungefär en fjärdedel av de kartlade jästproteinerna följde regelbundna mönster av att dyka upp och försvinna eller flytta till specifika områden av cellen. De flesta proteiner följde dessa mönster i antingen koncentration eller rörelse, men inte båda.

"Vi identifierade cirka 400 proteiner med endast periodisk lokalisering under cellcykeln och cirka 800 med endast periodisk koncentration," sa Litsios. "Detta betyder att proteiner regleras på flera nivåer för att säkerställa att cellcykeln sker som programmerat."

Forskargruppen använde fluorescensmikroskopi för att spåra omkring 4 000 proteiner i bilder av jästceller för att klassificera cellcykelfasen samt platsen för proteiner i 22 kategoriserade områden av cellen, såsom kärnan, cytoplasman och mitokondrierna. Identifiering av fas- och proteinlokalisering automatiserades genom användning av konvolutionella neurala nätverk, med en cellcykelfasförutsägelse noggrannhet på mer än 93 procent.

"Vi analyserade bilder av mer än 20 miljoner levande jästceller, som vi tilldelade olika cellcykelstadier med hjälp av maskininlärning", säger Brenda Andrews, huvudutredare för studien och universitetsprofessor i molekylär genetik vid Donnelly Center och Temerty Faculty of Medicine. "Vi utvecklade och tillämpade sedan en andra beräkningspipeline för att studera hur proteiner förändras i deras lokalisering och koncentration under cellcykeln. Denna studie har producerat en unik datauppsättning som ger en genomskalig bild av de molekylära förändringar som sker under celldelning."

"Jästcellen är en utmärkt modell för eukaryot biologi," sa Litsios. "Det finns vissa saker vi kan göra med jästceller men inte med andra organismer som antingen är enklare eller mer komplexa. Vi kan använda jästceller för att observera storskaliga processer, vilket gör dem till den perfekta organismen för att studera cellcykeln." ;i hopp om att bättre förstå den mänskliga cellcykeln.”

Källor: