Митоз - то, как одна клетка делится и становится двумя - является одним из фундаментальных процессов жизни. Исследователи из EMBL создали первую интерактивную карту белков, которые заставляют наши клетки делиться, что позволяет пользователям точно отслеживать, где и в каких группах белки управляют процессом деления. Этот первый динамический белковый атлас деления клеток человека опубликован в журнале Nature 10 сентября 2018 года.
В 2010 году большое исследование, проведенное той же группой EMBL, определило, какие части генома человека необходимы для деления человеческой клетки в рамках проекта EU MitoCheck. Но клетки не работают на геномной ДНК; они работают на белках, которые он кодирует. Белки выполняют большую часть работы в клетке, формируя операционный уровень клетки. Такие процессы, как митоз, требуют жесткой координации сотен различных белков в пространстве и времени. Белки часто работают в группах, подобно бригадам специалистов-строителей на большой строительной площадке.
«До сих пор отдельные лаборатории в основном изучали отдельные белки в живых клетках», - говорит Ян Элленберг, руководитель группы EMBL, руководивший проектом. «При поддержке следующего европейского проекта MitoSys мы теперь смогли применить системный подход и взглянуть на более широкую картину, изучая динамические сети, которые многие белки образуют в живых клетках человека».
Полученный атлас митотических клеток объединяет эти данные в интерактивную компьютерную модель 4D. На этом общедоступном ресурсе ученые могут свободно выбирать любые комбинации митотических белков и в режиме реального времени видеть, где и с кем они работают во время клеточного деления.
Во время клеточного деления (от метафазы к телофазе) отслеживаются пять различных белков: AURKB (красный), NUP107 (зеленый), CENPA (фиолетовый), CEP192 (желтый) и TUBB4B (голубой). В видео показано, что пользователи могут создать самостоятельно, используя домашнюю страницу атласа митотических клеток:
Обмен инструментами для создания большего количества атласов клеток
Деление клеток является важным процессом жизни. Когда что-то пойдет не так, могут возникнуть дефекты, такие как проблемы с фертильностью и рак. Элленберг: «Помимо митоза, разработанные здесь технологии можно использовать для изучения белков, которые управляют другими клеточными функциями, например, гибелью клеток, миграцией клеток или метастазированием раковых клеток. Изучая динамические сети, которые формируют эти белки, мы можем выявить критические уязвимости., точки, где есть только один белок, ответственный за соединение двух задач без резервного копирования."
Взгляд на процессы, связанные с заболеванием, с точки зрения динамической сети дает новую перспективу для поиска их критических звеньев, где их можно разрезать или перемонтировать, чтобы укрепить их. Чтобы в будущем можно было проводить больше таких исследований, экспериментальные методы, платформа количественной микроскопии и код для создания динамических белковых атласов теперь доступны для других.
Подсчет белков в живых клетках
В текущем исследовании изучались клетки HeLa, широко используемая линия раковых клеток человека. 28 белков, важных для митоза, были сделаны флуоресцентными в основном с помощью редактирования генома CRISPR/Cas. Затем эти белки отслеживали с помощью 3D-конфокальной микроскопии, чтобы увидеть, где в клетке они расположены в каждый момент времени. Микроскоп настолько чувствителен, что можно даже подсчитать белки, поэтому исследователи теперь знают, есть ли 100, 1000 или 10 000 белков в определенном месте. Для всех белков эти данные были интегрированы в интерактивную компьютерную модель, создание которой фактически составляло большую часть проекта.
Всего около 600 различных белков участвуют в митозе в клетках человека. Завершение набора данных для всех 600 позволит ученым полностью понять передачу информации внутри делящейся клетки и то, как принимаются решения, например переход от одной фазы клеточного цикла к другой. Это потребует еще нескольких лет работы. «В EMBL мы постоянно добавляем информацию в атлас, визуализируя больше белков одним и тем же стандартизированным способом», - говорит Стефани Александер, руководитель исследований в группе Ellenberg в EMBL. «В долгосрочной перспективе полный обзор всех клеточных белков позволит нам увидеть, как различные важные процессы жизни, такие как, например, деление и гибель клеток, связаны друг с другом. Вы можете понять это только с точки зрения сети. зрения."
ВИДЕО: