Eine von der University of Toronto durchgeführte Studie hat gerade erfolgreich die Bewegung von Proteinen, die vom Hefegenom kodiert werden, während ihres gesamten Zellzyklus kartiert. Der Prozess der Überwachung aller Proteine eines Organismus über die Zeitspanne vom Beginn des Zellzyklus bis zum Ende stellt den ersten Fall dieser Art dar. Die Forschung, die kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Cell veröffentlicht wurde, nutzte die komplexe Kombination aus Deep-Learning-Technologie und fortschrittlicher Mikroskopie, um diese Entdeckung zu ermöglichen.
Die Forscher testeten zwei Deep-Learning-Modelle, nämlich DeepLoc und CycleNet, um Bilder von Millionen von Hefezellen im wirklichen Leben zu analysieren. Durch die Implementierung dieser hochmodernen Berechnungsmethode erstellten Wissenschaftler eine detaillierte Karte, die die genauen Orte sowie den Substitutionsprozess von Proteinen innerhalb der Zelle in jeder Phase des Zellzyklus lokalisierte.
Die Studien liefern Informationen über die empfindliche Orchestrierung von Proteinen im gesamten Zellzyklus. Sie entdeckten, dass Proteine normalerweise für den Zellzyklus verantwortlich sind, wenn sie feststellen, dass die Expressionsmuster regelmäßig sind, wenn ihre Spiegel in der Zelle von Zeit zu Zeit schwanken. Andererseits sind Proteine, die sich auf vorhersehbare Weise in der Zelle bewegen, meist am physikalischen Ablauf des Prozesses beteiligt.
Bedeutung für Biologie und Medizin
Das Verständnis des Zellzyklus auf molekularer Ebene ist unerlässlich, da er den Kern des Zellwachstums aller Lebewesen bildet. Das Ungleichgewicht von Proteinen spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des Zellzyklus, was wiederum, je nach Art der Störung, zu schweren Krankheiten wie Krebs führen kann.
Die Forschung entdeckte Hunderte von Proteinen, die während der verschiedenen Phasen des Zellzyklus an bestimmten Positionen oder Ebenen lokalisiert und konzentriert waren. Dies brachte die Idee einer mehrstufigen Regulierung als Voraussetzung dafür hervor, dass sich die Zellen möglicherweise richtig teilen. Durch den Einsatz von Fluoreszenzmikroskopie und maschinellen Lernalgorithmen erstellten die Forscher ein präzises Profil von Tausenden von Proteinen an verschiedenen Zellverbindungen und enthüllten eine bisher nicht gesehene Granularität in der molekularen Choreographie der Proteine während der Zellteilung.
Zukünftige Auswirkungen
Die Hefezelle ist ein unersetzliches Modell der eukaryotischen Biologie, das durch ihre spezifischen Eigenschaften bestimmt wird. Die aus Hefezellenstudien gewonnenen Erkenntnisse können zum Verständnis des menschlichen Zellzyklus genutzt werden, was für Fortschritte in der Medizin und Biotechnologie von Nutzen sein kann.
Der Erstautor der Studie, Dr. Athanasios Litsios, Postdoktorand am Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research, betonte die Bedeutung von Hefezellen als Modellorganismus für die Untersuchung komplizierter biologischer Prozesse im gesamten Genom Das Niveau kann nicht genug betont werden.
Schließlich stellt die Studie der University of Toronto einen großen Durchbruch in der Zellbiologie dar. Durch den Einsatz modernster Technologie und fortschrittlicher rechnerischer Ansätze haben die Forscher die komplexe Choreographie von Proteinen in Hefezellen während des Zellzyklus herausgefunden. Diese historische Studie erweitert nicht nur unser Verständnis grundlegender biologischer Prozesse, sondern eröffnet auch ein großes Potenzial für die Lösung schwieriger medizinischer Probleme in der Zukunft.
Dieser Artikel erschien zuerst an der University of Toronto
