Combinando imágenes de tejido e inteligencia artificial, los investigadores del Centro de Cáncer Hollings de la Universidad Médica de Carolina del Sur investigaron más a fondo cómo se regulan los ciclos de división celular, en este estudio publicado en línea en la edición de mayo de 2019 de Informes de celda .
Maria Cuitino, Ph.D., y sus colegas utilizaron modelos animales y aplicaron herramientas de aprendizaje profundo para medir los niveles de proteínas y exponer mecanismos celulares que anteriormente respondían a una pregunta larga y sin respuesta de cómo se controla la división celular durante el desarrollo y el mantenimiento normal en organismos multicelulares.solo podría estimarse mediante sistemas de cultivo celular. Los resultados comienzan a identificar los posibles eventos tempranos asociados con la división celular no controlada, un paso clave en la progresión temprana al cáncer.
Investigaciones anteriores revelaron qué moléculas dirigen las células para dividirse o no, pero esto dejó muchas lagunas científicas. Dado que los cuerpos están formados por muchos tipos diferentes de células que se unen para formar órganos complejos, estudiar todo el cuerpo a la vez puede ser muy difícilcomplicado, pero también puede ser muy emocionante y revelador, dice Gustavo Leone, Ph.D., director del Centro de Cáncer Hollings y autor correspondiente del estudio.
Estudios previos que analizaron células individuales en sistemas de cultivo celular in vitro proporcionaron respuestas básicas a la biología que ocurre dentro de la célula, pero omitieron las interacciones que ocurren cuando todas las células trabajan juntas para formar órganos. Leone y los hallazgos de su equipo confirmaronal menos el 80% del conocimiento previo derivado de sistemas de cultivo celular y abordado nuevas preguntas importantes que debían responderse.
"No saber cuándo y dónde se expresan los interruptores" de encendido y apagado "para la división celular es como tener pintura sin lienzo. Ahora tenemos el lienzo, y por lo tanto el contexto celular, sobre cómo se comportan estas proteínas dentro de las células del cuerpo,"Leone dice.
El proyecto de cinco años investigó "cuándo" y "dónde" se expresa una familia crítica de proteínas de factor de transcripción familia E2F en células de mamífero. Los mamíferos tienen al menos nueve factores de transcripción E2F diferentes que tienen activación activada o represivafunciones desactivadas. Todas las unidades dentro de las células deben funcionar correctamente para crear un órgano que funcione ". Nuestro ADN proporciona el código para producir las múltiples proteínas, que son las unidades funcionales de nuestras células. La transcripción es el primer proceso biológico que produce proteínas a partir del ADN, y los factores de transcripción son los interruptores de encendido y apagado para este proceso ", explica Leone.
El cáncer es una de las enfermedades más comunes que ocurre cuando las células se multiplican de manera incontrolada. Comprender los interruptores de encendido y apagado, los factores de transcripción, es esencial para comprender los procesos de enfermedades como el cáncer.
En lugar de estudiar la regulación de la división celular en células cultivadas o in vitro, los investigadores utilizaron un enfoque de organismo completo. En este estudio se hicieron dos descubrimientos importantes. El descubrimiento más sorprendente durante este trabajo fue que la misma familia de proteínas E2Festán organizados en dos módulos que funcionan de manera similar en todos los tipos de células y órganos en nuestros cuerpos. "Entonces parece que ha evolucionado un mecanismo universal para controlar las divisiones celulares, independientemente de la diversidad de tipos de células existentes en nuestros cuerpos", dice.
El segundo descubrimiento fue el desarrollo de herramientas que permiten este nivel de precisión en el análisis de proteínas en tejidos complejos. Crítico para las herramientas artificiales desarrolladas en este estudio fue el investigador del Centro de Cáncer Hollings Thierry Pecot, Ph.D. "desarrollar herramientas que puedan detectar la presencia infrecuente de factores de transcripción en cada célula y cuantificarlos es clínica y biológicamente relevante ", dice Pecot.
El laboratorio de Leona aprovechó el poder de la inteligencia artificial para cuantificar los factores de transcripción a través de numerosas células en tejidos de ratones. Si bien las herramientas basadas en el aprendizaje profundo se han utilizado antes para obtener imágenes médicas, no estaba lo suficientemente avanzado para reconocer células individuales en imágenes microscópicas dentro de los tejidos/ órganos. La tecnología utilizada por el laboratorio es similar a cómo los automóviles autónomos reconocen objetos en la calle y permiten la identificación de células individuales.
A menudo, la relevancia clínica exacta de un descubrimiento biológico en particular no está clara durante décadas. Actualmente, otros documentos y datos emergentes de este grupo muestran indicios del papel de E2F en el cáncer. El laboratorio de Leona descubrió que tres factores de transcripción E2F3A, E2F8,E2F4 trabajan juntos para controlar la división celular, mientras que otros dos se combinan para detener la división celular. Estos hallazgos proporcionan la base sólida para futuros estudios para comprender estos mecanismos complejos.
Esta investigación financiada por los Institutos Nacionales de Salud fue impulsada por un equipo internacional de investigadores con amplia capacitación y experiencia, con los autores principales originarios de Argentina, Francia y China, lo que permitió una gran variedad de procesos de pensamiento y determinación, Leonadice: "La investigación elegante y sólida lleva a más preguntas, y eso es ciertamente cierto en este estudio exhaustivo en profundidad de los factores de transcripción E2F de mamíferos".
El estudio plantea preguntas importantes para futuras investigaciones, dice Leone. Usando tecnología avanzada, "descubrimos cuándo y dónde los módulos de encendido y apagado para la división celular se expresan en organismos intactos". Sin embargo, no sabemos por qué hay múltiplesinterruptores de encendido y apagado, y si estos interruptores tienen roles redundantes "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Medicina de Carolina del Sur . Original escrito por Caroline Wallace. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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