Wie Zellen regulieren division: Forscher untersuchen, wie die Zellteilung Zyklen reguliert werden
Das kombinieren der tissue-imaging und der künstlichen Intelligenz, der hollings erstellt Cancer Center Forscher an der Medical University of South Carolina sondiert tiefer wie die Zellteilung Zyklen reguliert werden, in dieser Studie, online veröffentlicht in der Mai-2019 Ausgabe von Cell Reports.
Adressierung einer lange unbeantworteten Frage, wie die Zellteilung gesteuert wird, während der Entwicklung und bei normaler Instandhaltung in mehrzelligen Organismen, Maria Cuitino, Ph. D., und Kollegen verwendeten tierischen Modelle und angewandte deep-learning-tools zur Messung der protein-Ebene und setzen zellulären Mechanismen, die bisher nur geschätzt werden durch Zellkultur-Systeme. Die Ergebnisse beginnen zu identifizieren, die mögliche frühe Ereignisse im Zusammenhang mit der unkontrollierten Zellteilung, einen wichtigen Schritt in der frühen progression zu Krebs.
Frühere Studien ergab die Moleküle der direkten Zellen sich zu teilen oder nicht teilen, aber es ließ viele wissenschaftliche Lücken. Da die Körper sind aus vielen verschiedenen Arten von Zellen, die zusammen kommen, bilden sich komplexe Organe, die Untersuchung der ganze Körper auf einmal kann sehr kompliziert sein, sondern kann auch sehr spannend und aufschlussreich, sagt Gustavo Leone, Ph. D., hollings erstellt Cancer Center Direktor und entsprechenden Autor auf der Studie.
Frühere Studien, die sich einzelnen Zellen in in-vitro-Zellkultur-Systeme grundlegende Antworten auf die Biologie geht in die Zelle, verpasste aber die Wechselwirkungen, die auftreten, wenn alle Zellen arbeiten zusammen, bilden Organe. Leone und sein team die Ergebnisse bestätigten mindestens 80% der bisherigen Erkenntnisse aus Zellkultur-Systeme ein und adressiert wichtige neue Fragen, die beantwortet werden mussten.
„Nicht zu wissen, Wann und wo „on and off“ – Schalter für die Zellteilung exprimiert werden, ist wie malen ohne Leinwand. Jetzt haben wir die Leinwand und damit den zellulären Kontext, wie diese Proteine Verhalten sich innerhalb von Zellen im Körper,“ Leone sagt.
Die fünf-Jahres-Projekt sondiert, „Wann“ und „wo“ ein entscheidender Familie von Transkriptionsfaktoren-Proteine (E2F-Familie) ist exprimiert in säugerzellen. Säugetiere besitzen mindestens neun verschiedene E2F-Transkriptionsfaktoren, die entweder die Aktivierung (on) oder repressiven (off) Funktionen. Alle Einheiten innerhalb der Zellen muss richtig arbeiten, um eine funktionierende Orgel. „Unsere DNA enthält den code, um die mehrere Proteine, die funktionellen Einheiten unserer Zellen. Transkription ist der erste biologische Verfahren, die Proteine von der DNA und Transkriptionsfaktoren sind die on-und off-Schalter für diesen Prozess,“ Leone erklärt.
Krebs ist eine der häufigsten Krankheiten, die Auftritt, wenn die Zellen vermehren sich in einer unkontrollierten Art und Weise. Das Verständnis der on und off Schalter, die die Transkription Faktoren, ist es wichtig zu verstehen, Krankheitsprozesse wie Krebs.
Statt das Studium der Zellteilung-regulation in kultivierten Zellen (oder in vitro), verwendeten die Forscher eine ganze Organismus Ansatz. Zwei wichtige Entdeckungen gemacht wurden, in dieser Studie. Die meisten überraschende Entdeckung während dieser Arbeit war, dass die gleichen E2F-Familie von Proteinen, die organisiert und gliedert sich in zwei Module, die ähnlich in allen Zelltypen und Organen in unserem Körper. „So scheint es, dass ein universeller Mechanismus entwickelt hat, um die Kontrolle Zellteilungen unabhängig von der Vielfalt der Zelltypen bestehenden, die in unserem Körper“, sagt er.
Die zweite Entdeckung war die Entwicklung von Werkzeugen, die es ermöglichen, dieses Niveau der Genauigkeit in der Analyse von Proteinen in komplexen Geweben. Entscheidend für die künstlichen Werkzeuge, die entwickelt wurde in dieser Studie hollings erstellt Cancer Center Forscher Thierry Pecot, Ph. D. „, Um in der Lage sein, Werkzeuge zu entwickeln, die erkennen kann, ist die seltene Anwesenheit von Transkriptionsfaktoren, die in jeder Zelle und zu quantifizieren, ist sowohl klinisch als auch biologisch relevante,“ Pecot sagt.
Die Leone-Labor genutzt, die macht der künstlichen Intelligenz zu quantifizieren Transkriptionsfaktoren über zahlreiche Zellen in Maus-Geweben. Beim deep-learning-basierten Werkzeuge wurden verwendet für die medizinische Bildgebung vor, es war nicht Fortgeschritten genug, um zu erkennen, einzelne Zellen in mikroskopischen Bildern in Geweben/Organen. Die verwendete Technologie vom Labor ist, ähnlich wie die selbst-fahrenden Autos erkennt Objekte auf der Straße und erlaubt die Identifizierung der einzelnen Zellen.
Oft ist die genaue klinische Relevanz eines bestimmten biologischen Entdeckung ist nicht klar, für Jahrzehnte. Derzeit andere Papiere und Schwellenländer die Daten aus dieser Gruppe Hinweise auf die Rolle von E2F in der Krebstherapie. Die Leone-Labor aufgedeckt, dass drei Transkriptionsfaktoren (E2F3A, E2F8, E2F4) arbeiten zusammen, um die Kontrolle der Zellteilung, während zwei andere kombinieren stoppen die Zellteilung. Diese Ergebnisse liefern die solide Grundlage für weitere Studien zu verstehen, diese komplexen Mechanismen.
Diese Nationalen Institute der Gesundheit-finanzierten Forschung getrieben wurde von einem internationalen Forscher-team mit breiter Ausbildung und know-how, mit den führen die Autoren mit Ursprung aus Argentinien, Frankreich und China, die es erlaubt, für eine große weite des Denkens die Prozesse und die Entschlossenheit, Leone sagt. „Solide elegant Forschung führt zu mehr Fragen, und das ist sicherlich true in diesem umfassenden, in die Tiefe Studie der säugetier-E2F-Transkriptionsfaktoren.“
Die Studie fordert wichtige Fragen für die zukünftige Forschung, sagt Leone. Mit fortschrittlicher Technologie, „entdeckten wir, Wann und wo der an und aus-Schalter-Module für die Zellteilung, äußert sich in intakten Organismen.“ Jedoch, wir wissen nicht, warum es mehrere auf-und aus-Schalter, und ob diese switches verfügen über redundante Rollen.“