由多倫多大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究小組繪制了酵母基因組編碼的蛋白質(zhì)在整個(gè)細(xì)胞周期中的運(yùn)動(dòng)圖。這是首次在整個(gè)細(xì)胞周期中跟蹤生物體的所有蛋白質(zhì)，這需要深度學(xué)習(xí)和高通量顯微鏡的結(jié)合。
該團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用了兩個(gè)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或算法，稱為DeepLoc和CycleNet，來(lái)分析數(shù)百萬(wàn)活酵母細(xì)胞的圖像。結(jié)果是一個(gè)全面的圖譜，確定了蛋白質(zhì)的位置，以及它們?cè)诩?xì)胞周期的每個(gè)階段如何在細(xì)胞內(nèi)大量移動(dòng)和變化。多倫多大學(xué)唐納利細(xì)胞和生物分子研究中心研究的第一作者和博士后Athanasios Litsios說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)濃度有規(guī)律地增加和減少的蛋白質(zhì)往往參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期，而在細(xì)胞中具有可預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)的蛋白質(zhì)往往有助于細(xì)胞周期的生物物理實(shí)現(xiàn)。”
這項(xiàng)研究最近發(fā)表在《Cell》雜志上。
細(xì)胞周期被理解為細(xì)胞發(fā)展到最終分裂成獨(dú)立細(xì)胞的階段。正是這一過(guò)程奠定了生命增殖的基礎(chǔ)。并在所有生物中持續(xù)存在。
在分子水平上，細(xì)胞周期依賴于許多蛋白質(zhì)的協(xié)調(diào)，將細(xì)胞從生長(zhǎng)和DNA復(fù)制一直運(yùn)送到細(xì)胞分裂。蛋白質(zhì)的失調(diào)會(huì)擾亂細(xì)胞周期，它的破壞可能導(dǎo)致癌癥等疾病。
研究人員觀察到，大約四分之一的酵母蛋白遵循規(guī)律的出現(xiàn)和消失或移動(dòng)到細(xì)胞的特定區(qū)域。大多數(shù)蛋白質(zhì)要么集中，要么運(yùn)動(dòng)，但不是兩者都遵循這種模式。
Litsios說(shuō):“我們確定了大約400種蛋白質(zhì)在細(xì)胞周期中只有周期性定位，大約800種蛋白質(zhì)只有周期性濃度。這意味著蛋白質(zhì)在多個(gè)水平上受到調(diào)節(jié)，以確保細(xì)胞周期按計(jì)劃進(jìn)行。”
研究小組利用熒光顯微鏡對(duì)酵母細(xì)胞圖像中的4000多種蛋白質(zhì)進(jìn)行了追蹤，并對(duì)細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、線粒體等22個(gè)分類區(qū)域的細(xì)胞周期階段和蛋白質(zhì)位置進(jìn)行了分類。通過(guò)使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，相位和蛋白質(zhì)位置識(shí)別是自動(dòng)化的，細(xì)胞周期相位預(yù)測(cè)精度超過(guò)93%。
“我們分析了超過(guò)2000萬(wàn)個(gè)活酵母細(xì)胞的圖像，我們使用機(jī)器學(xué)習(xí)將其分配到不同的細(xì)胞周期階段，”該研究的首席研究員、唐納利中心和Temerty醫(yī)學(xué)院的分子遺傳學(xué)大學(xué)教授Brenda Andrews說(shuō)。“然后，我們開(kāi)發(fā)并應(yīng)用了第二個(gè)計(jì)算管道來(lái)調(diào)查蛋白質(zhì)在細(xì)胞周期中如何在定位和濃度上發(fā)生變化。這項(xiàng)研究產(chǎn)生了一個(gè)獨(dú)特的數(shù)據(jù)集，為細(xì)胞分裂過(guò)程中發(fā)生的分子變化提供了基因組尺度的視角。”
“酵母細(xì)胞是真核生物的一個(gè)很好的模型，”Litsios說(shuō)。“我們可以用酵母細(xì)胞做某些事情，但不能用其他更簡(jiǎn)單或更復(fù)雜的生物。我們可以用酵母細(xì)胞大規(guī)模地觀察過(guò)程，這使它成為研究細(xì)胞周期的完美生物，希望能更好地理解人類細(xì)胞周期。”
（文章來(lái)源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-4） | 
