Specjaliści z University of California, San Diego podkreślają, że choć komórki badane są już od dawna, wiele działających w nich mechanizmów nadal stanowi zagadkę.

„Znamy każde z białek występujących w naszych komórkach, ale to, jak one się ze sobą łączą, by wspólnie pełnić różne funkcje, wciąż pozostaje w dużej mierze nieznane” – wyjaśnia dr Leah Schaffer, współautorka publikacji, która ukazała się w magazynie „Nature”.

Ona i jej zespół połączyli obrazowanie mikroskopowe o wysokiej rozdzielczości z analizą oddziaływań biofizycznych między białkami i w ten sposób stworzyli mapę subkomórkowej architektury oraz kompleksów białkowych w komórce (musicmaps.ai/u2os-cellmap).

Mapa ta ujawniła wcześniej nieznane funkcje białek i pomoże naukowcom m.in. zrozumieć, w jaki sposób zmutowane białka przyczyniają się do rozwoju chorób, takich jak nowotwory wieku dziecięcego. Jednocześnie będzie również stanowić punkt odniesienia przy pracach nad mapami innych typów komórek.

"Na podstawie podręczników do biologii komórki można by pomyśleć, że wiemy już o komórkach wszystko. Jednak to, co jest naprawdę zadziwiające, to fakt, że dla żadnego ich typu nie mamy jeszcze porządnego katalogu ich części ani instrukcji składania" – mówi jeden z naukowców, prof. Trey Ideker.

Badacze przeanalizowali ponad 20 tys. zdjęć wnętrza związanej z dziecięcymi nowotworami komórki U2OS, z oznaczonymi fluorescencyjnie różnorodnymi białkami. Jednocześnie wyizolowali pojedyncze białka i sprawdzili ich wzajemne interakcje. Odkryli np. prawie 300 nieznanych wcześniej białkowych kompleksów.

"Historycznie naukowców ograniczało przekonanie, że jeden gen koduje jedno białko, które ma jedną funkcję- tłumaczy współautorka publikacji, dr Emma Lundberg ze Stanford University. - Jednak teraz liczba znanych białek wielofunkcyjnych rośnie. Choć prawdopodobnie nadal nie znamy ich liczby, to badanie pokazuje, jak ważna jest integracja multimodalnych danych, aby ujawnić te wielofunkcyjne właściwości".

Badacze odkryli też prawie tysiąc wcześniej nieznanych funkcji białek. Na przykład odkryte niedawno białko C18orf21, którego rola wcześniej była nieznana, wydaje się być zaangażowane w przetwarzanie RNA. Natomiast białko DPP9, znane z cięcia innych białek w określonych miejscach, jest związane z działaniem interferonów ważnych w walce z infekcjami.

Naukowcy zidentyfikowali również 21 kompleksów, które często są zmutowane w nowotworach wieku dziecięcego. W obrębie tych grup 102 zmutowane białka okazały się silnie związane z rozwojem raka.

To dane o kluczowym znaczeniu dla sposobu prowadzenia badań nad rakiem na poziomie molekularnym i komórkowym – podkreślają eksperci.

„Musimy przestać patrzeć na poziom pojedynczych mutacji, które są bardzo rzadkie, sporadyczne i prawie nigdy nie powtarzają się w ten sam sposób. Musimy zacząć analizować wspólną maszynerię wewnątrz komórek, która jest przez te mutacje zaburzona lub przejęta” – mówi prof. Ideker.

W swojej pracy naukowcy wykorzystali też sztuczną inteligencję, a konkretnie podobny do ChatGPT system GPT-4, który posiada wiedzę z potężnej liczby prac naukowych. To pomogło im z wyjątkową sprawnością określić funkcje białek i ich interakcje.

Twórcy mapy podkreślają, że działa ona trochę podobnie do internetowych map geograficznych. "Można ją naprawdę eksplorować, powiększać i zobaczyć, które białka należą do tych różnych grup, a następnie zobaczyć, gdzie te grupy się znajdują" – wyjaśnia prof. Ideker.

"W miarę jak zwiększamy rozdzielczość, możemy zobaczyć jeszcze więcej szczegółowych informacji" – dodaje współautorka pracy, Clara Hu.

Marek Matacz (PAP)

mat/ agt/