_ Cercetătorii cartografiază dinamica rețelei de proteine ​​în timpul diviziunea celulară

O echipă internațională condusă de cercetători de la Universitatea din Toronto a cartografiat mișcarea proteinelor codificate de genomul drojdiei de-a lungul ciclului său celular. Aceasta este prima dată când toate proteinele unui organism au fost urmărite de-a lungul ciclului celular, ceea ce a necesitat o combinație de învățare profundă și microscopie de mare randament.

Echipa a aplicat două rețele neuronale convoluționale sau algoritmi. , numită DeepLoc și CycleNet, pentru a analiza imagini cu milioane de celule vii de drojdie. Rezultatul a fost o hartă cuprinzătoare care identifică unde sunt localizate proteinele și cum se mișcă și se schimbă în abundență în interiorul celulei în timpul fiecărei faze a ciclului celular.

„Am găsit proteine ​​care cresc și scad în mod regulat concentrația în interiorul celulei. Celula tind să fie implicată în reglarea ciclului celular, în timp ce proteinele cu mișcare previzibilă prin celulă tind să faciliteze implementarea biofizică a ciclului”, a spus Athanasios Litsios, primul autor al studiului și cercetător postdoctoral la Centrul Donnelly pentru Celulare și Biomoleculare de la Universitatea din T. Cercetare.

Studiul a fost publicat în revista Cell.

Ciclul celular este înțeles ca fiind etapele prin care o celulă progresează pentru a se împărți în cele din urmă în celule separate. Acest proces stă la baza proliferării vieții – și este în desfășurare în toate ființele vii.

La nivel molecular, ciclul celular depinde de coordonarea multor proteine ​​pentru a transporta celula de la creștere și replicarea ADN-ului. până la diviziunea celulară. Dereglarea proteinelor poate arunca o cheie în ciclul celular, întreruperea acesteia putând duce la boli precum cancerul.

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

„Am identificat aproximativ 400 de proteine ​​doar cu localizare periodică în timpul ciclului celular și aproximativ 800 cu concentrație doar periodică”, a spus Litsios. „Aceasta înseamnă că proteinele sunt reglementate la mai multe niveluri pentru a se asigura că ciclul celular are loc așa cum a fost 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 localizarea proteinelor în 22 de zone clasificate ale celulei, cum ar fi nucleul, citoplasma și mitocondriile. Identificarea fazelor și a locației proteinelor au fost automatizate prin utilizarea rețelelor neuronale convoluționale, cu o precizie de predicție a fazei ciclului celular de peste 93%.

„Am analizat imagini cu peste 20 de milioane de celule de drojdie vii, pe care le-am atribuite diferitelor etape ale ciclului celular folosind învățarea automată”, a spus Brenda Andrews, cercetător principal al studiului și profesor universitar de genetică moleculară la Centrul Donnelly și Facultatea de Medicină Temerty.

„Apoi am dezvoltat și aplicat. un al doilea canal de calcul pentru a studia modul în care proteinele se schimbă în localizare și concentrare în timpul ciclului celular. Acest studiu a produs un set de date unic care oferă o vedere la scară genomică a modificărilor moleculare care apar în timpul diviziunii celulare.”

„The. Celula de drojdie este un model excelent 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 procesele la scară largă, ceea ce îl face organismul perfect pentru studiul ciclului celular. în speranța unei mai bune înțelegeri a ciclului celular uman.”

(Fluierul)