一个动态的人类细胞分裂的蛋白质图谱
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一个新的四维计算模型集CRISPR、共焦显微镜和机器学习可以让研究者去研究特定蛋白质的动态驱动有丝分裂。模型是一个框架,可以适应其他细胞的功能研究。
有丝分裂是一个重要的生物功能,依赖于蛋白质的复杂的协调装配在正确的时间。而活细胞成像可以揭示蛋白质分布和动态,新的计算框架,称为有丝分裂细胞图谱,整合信息,使量化分子之间的动态交互方面的机械驱动有丝分裂。
一个新的研究演示了如何探索和挖掘数据从这个地图可以用来开发新的机械假说对细胞内蛋白质的功能。研究结果发表在《自然》杂志上,研究之间的合作努力欧洲分子生物学实验室(EMBL),德国,和分子病理学的研究所,维也纳。
有丝分裂是什么?
一个细胞的生命发展很自然地增长的阶段,生存和复制。最后阶段就是有丝分裂。分裂细胞两个不是一项容易的任务和过程分为多个阶段:间期,前期,前中期,中期,后期,末期。在这些阶段,web的蛋白质必须精心组织和细胞的遗传物质的分离,这是均匀地拆分为两个“女儿”细胞。至关重要的是,父母和女儿细胞的遗传物质是相同的,所以涉及的蛋白质要相当准确。
“我们的研究提供了实验和计算工具来研究社区,使一代的动态蛋白质地图册。我们与有丝分裂的例子证明和一些蛋白质,我们显示与有丝分裂前基因沉默相关研究。
发展计划,研究人员生成的4 d模型形态变化发生在人类细胞有丝分裂。荧光撞倒,有丝分裂蛋白的图像海拉细胞被抓获和数据是通过有丝分裂标准时间的安排是基于染色体结构的改变。建立这种“标准时间”允许研究人员客观地映射所有细胞图像,相对于一个常数时间平均参考。
28蛋白质被选中并跟踪使用3 d共焦显微镜,看到他们在细胞位于不同的时间点。亚历山大解释背后的基本原理为飞行员选择这些蛋白质数据集:
“我们基本上开始与这些蛋白质出现最相关的有丝分裂和体面的特点。这主要是由于我们的方法需要验证和恢复现有的知识(那样)。然而,令人惊讶的是我们的方法也复苏新的方面或没有描述过的细节。”
五个不同的蛋白质在细胞分裂期间跟踪(从中期到末期):AURKB(红色),NUP107(绿色),CENPA(紫色),CEP192(黄色),和TUBB4B(青色)。视频代表用户可以创建自己当使用有丝分裂细胞的阿特拉斯主页。信贷:
Ellenberg集团Arina Rybina和朱利叶斯·侯赛因EMBL的。
作者设想,他们的计算框架可以应用到其他重要的生物功能,如细胞迁移和细胞分化。标准化的概念分析动态蛋白质分布的时空细胞环境为了理解细胞过程作为本文是通用的,我们设想其适应其他重要的生物功能,”作者写道。
模型提供了一个新的和客观的方法来理解一系列细胞过程,概述了在讨论:
“我们的模型提供了一个标准化的动态时空参考系统为有丝分裂细胞,可用于集成定量信息任意数量的蛋白质分布采样在成千上万的不同单细胞实验。”
亚历山大论述:“这些工具允许我们探索潜在的蛋白质相互作用和功能网络。这地图集是动态的,我们可以了解信息传播在有丝分裂和蛋白质相互作用如何改变。这允许表达目标假设为详细的后续故事…在最后看到一切都聚在一起,类似于一个大难题,是非常令人兴奋的。”
使未来的研究实验方法、定量显微镜平台,和代码来创建动态蛋白质地图册现在公开供他人使用。亚历山大解释了这个图谱可以用于理解细胞通路:
”一旦更完整的蛋白质图谱,意思是数据集成更多的蛋白质,我们可以研究蛋白质网络,确定中心,所有的信息都在一起,或者替代途径存在的地方。再一次,我们的阿特拉斯涵盖了有丝分裂的进展,我们也看一个中心是整个过程的核心或中心是否随时间变化的。所以,我们可以使用有丝分裂细胞图谱确定整个系统的脆弱点。”
了解更多:http://www.mitocheck.org/mitotic_cell_atlas/
参考:
Cai, Y。,Hossain, M. J., Hériché, J., Politi, A. Z., Walther, N., Koch, B., . . . Ellenberg, J. (2018). Experimental and computational framework for a dynamic protein atlas of human cell division.自然。doi: 10.1038 / s41586 - 018 - 0518 - z
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