Новая карта раскрывает движение жизни в клетке

Ученые из Торонто с беспрецедентной детализацией зафиксировали локализацию всех белков в клетке. Эта новая белковая карта позволит ученым гораздо ближе рассмотреть, что происходит в клетке при заболевании, а также поможет найти более эффективные методы лечения.

Команда под руководством профессоров Бренды Эндрюс, Чарльза Буна и Джейсона Моффата из Центра Доннелли Университета Торонто создала современный автоматизированный конвейер для отслеживания расположения белков в клетке и наблюдения за их перемещением в ответ на генетические или средовые воздействия.

Исследование опубликовано в сегодняшнем выпуске ведущего журнала Cell.

Подробная база данных о локализации белков также будет опубликована в этом месяце в журнале G3: Genes|Genomes|Genetics — официальном издании Генетического общества Америки, чтобы любой исследователь мог найти информацию о расположении и движении интересующих его белков.

Пока клетки выполняют свои функции, например, создают, поддерживают и восстанавливают наши тела, они постоянно перемещают белки. Однако ученые очень мало понимают, как происходит это движение внутри клеток. Это скоро изменится с появлением новой карты, которая описывает перемещение и количество белков. Подобно тому, как морские или авиационные маршруты дают представление о состоянии мировой экономики, эта новая белковая карта поможет ученым лучше понять, что происходит в здоровых клетках и что идет не так при болезни.

Белки — продукты генов, и они отвечают за все процессы в клетке.

«Большая часть регуляции, происходящей внутри клеток, которая критически важна для базового функционирования человеческого организма, влияет на то, где локализованы отдельные белки и как они перемещаются. Очень важно понять, как происходит эта регуляция, если мы хотим понять, почему клетки здоровы, а иногда — больны», — говорит Бренда Эндрюс.

Чтобы визуализировать и подсчитать большинство из примерно 6000 белков в клетке, исследователи собрали данные о колоссальных 20 миллионах клеток. Более десяти лет ученые тесно сотрудничали с инженерами-робототехниками, которые создавали машины для работы с клетками, и разработчиками программного обеспечения, которые проектировали алгоритмы на основе искусственного интеллекта для обработки огромного массива данных.

«Причина, по которой нам нужно делать это в большом масштабе, заключается просто в том, что белков очень много», — говорит Эндрюс, использующая пекарские дрожжи в качестве модели для понимания биологии человеческой клетки.

Клетки дрожжей работают очень похоже на человеческие, но имеют меньше белков — примерно в четыре раза меньше, чем в более сложных человеческих клетках. Эта относительная простота позволила таким исследователям, как Эндрюс и Бун, использовать дрожжи для получения фундаментальных знаний о работе как дрожжевых, так и человеческих клеток.

Их команда не только описала движение и количество белков в нормальных клетках, но и изучила, что происходит, когда клетки несут мутацию (которая может привести, например, к генетическому заболеванию) или когда они подвергаются воздействию различных лекарств.

«Мы разработали методы, которые позволяют ученым исследовать все белки в клетке и то, как они меняются в ответ на любое воздействие», — говорит Эндрюс.

Далее исследователи будут использовать этот мощный конвейер для изучения того, как белки перемещаются в человеческих клетках, например, в раковых, чтобы лучше понять происхождение болезни, а также найти новые методы лечения.

«Мы хотим понять, как все белки перемещаются на системном уровне в раковых клетках, скажем, после обработки лекарством или генетического воздействия, чтобы мы могли выявить уязвимости раковых клеток с точки зрения локализации и количества белков и начать думать о том, как лучше всего воздействовать на эти изменения», — говорит Моффат.