En studie ledd av University of Toronto har precis sett hur proteiner som kodas av jästgenomet har kartlagts framgångsrikt under dess cellcykel. Processen att övervaka alla proteiner i en organism under varaktigheten från början av cellcykeln till slutet representerar den första instansen av detta slag. Forskningen, som nyligen publicerades i en prestigefylld tidskrift Cell, använde den komplexa kombinationen av djupinlärningsteknologi och avancerad mikroskopi för att göra denna upptäckt möjlig.
Forskare testade två djupinlärningsmodeller, DeepLoc och CycleNet för att analysera jästcellsbilder av miljoner i verkligheten. Genom implementeringen av denna banbrytande beräkningsmetod, producerade forskare den detaljerade kartan, som pekade ut de exakta platserna såväl som substitutionsprocessen av proteiner i cellen i varje skede av cellcykeln.
Studierna genererar information om den känsliga orkestreringen av proteiner genom hela cellcykeln. Det var deras upptäckt att proteiner vanligtvis är ansvariga för cellcykeln när de märker att uttrycksmönstren är regelbundna när deras nivåer i cellen fortsätter att fluktuera från tid till annan. Å andra sidan är proteiner som rör sig runt cellen på ett förutsägbart sätt mestadels involverade i det fysiska genomförandet av processen.
Betydelse för biologi och medicin
Att förstå cellcykeln på molekylär nivå är oumbärligt eftersom det är kärnan i den cellulära tillväxten av alla livsorganismer. Obalansen av proteiner spelar en avgörande roll i regleringen av cellcykeln, vilket i sin tur, beroende på vilken typ av störning, kan leda till allvarliga sjukdomar som cancer.
Forskningen upptäckte hundratals proteiner som var lokaliserade och koncentrerade på vissa positioner eller nivåer under de olika faserna av cellcykeln. Detta förde fram idén om flernivåreglering som ett krav för att cellerna kanske ska dela sig korrekt. Genom användningen av fluorescensmikroskopi och maskininlärningsalgoritmer profilerade forskarna tusentals proteiner exakt genom olika cellulära korsningar, och avslöjade tidigare osynlig granularitet i proteinernas molekylära koreografi under celldelning.
Framtida implikationer
Jästcellen är en oersättlig modell av eukaryot biologi som bestäms av dess specifika egenskaper. Kunskapen från jästcellsstudier kan användas för att förstå den mänskliga cellcykeln, vilket kan vara till nytta för framsteg inom medicin och bioteknik.
Den första författaren till studien, Dr. Athanasios Litsios, som är postdoktor vid Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research, sa att jästcellernas betydelse, som modellorganism, för att studera komplicerade biologiska processer i ett genomomfattande nivå kan inte överbetonas.
Slutligen representerar studien vid University of Toronto ett stort genombrott inom cellbiologi. Genom användning av banbrytande teknologi och avancerade beräkningsmetoder har forskarna listat ut den komplexa koreografin av proteiner inuti jästceller under cellcykeln. Denna historiska studie främjar inte bara vår förståelse av grundläggande biologiska processer utan öppnar också en stor potential för att lösa svåra medicinska problem i framtiden.
Denna artikel dök först upp på University of Toronto
