मानव कोशिका का एक व्यापक नक्शा

यूसी सैन डिएगो स्कूल ऑफ मेडिसिन में पोस्टडॉक्टोरल रिसर्च स्कॉलर, पीएचडी ने कहा, “हम प्रत्येक प्रोटीन को जानते हैं जो हमारी कोशिकाओं में मौजूद हैं, लेकिन वे कैसे एक साथ फिट होते हैं, फिर एक सेल के कार्य को पूरा करने के लिए अभी भी काफी हद तक सेल प्रकारों में अज्ञात है।”

अब, यूसी सैन डिएगो में शेफ़र और उनके सहयोगियों – स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी, हार्वर्ड मेडिकल स्कूल और ब्रिटिश कोलंबिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के सहयोग से – यू 2ओएस कोशिकाओं का एक व्यापक, इंटरैक्टिव मैप बनाया गया है, जो बाल चिकित्सा हड्डी के ट्यूमर से जुड़े हैं। उन्होंने सेल में उपकोशिकीय वास्तुकला और प्रोटीन असेंबली को मैप करने के लिए प्रोटीन के उच्च-रिज़ॉल्यूशन माइक्रोस्कोप इमेजिंग और बायोफिज़िकल इंटरैक्शन को संयुक्त किया। नक्शे ने पहले अज्ञात प्रोटीन कार्यों का पता लगाया और शोधकर्ताओं को यह समझने में मदद करेगा कि कैसे उत्परिवर्तित प्रोटीन बचपन के कैंसर जैसे रोगों में योगदान करते हैं। यह अन्य सेल प्रकारों के मानचित्रों को विकसित करने के लिए एक संदर्भ के रूप में भी काम करेगा। अध्ययन 9 अप्रैल, 2025 को प्रकाशित किया जाएगा प्रकृति।

“सेल बायोलॉजी 101 और कोशिकाओं की पाठ्यपुस्तक चित्रों के आधार पर, आप सोच सकते हैं कि हम एक सेल के बारे में सब कुछ समझते हैं। लेकिन यह उल्लेखनीय है कि कोई मानव कोशिका प्रकार के लिए हमारे पास वास्तव में एक उचित भागों कैटलॉग और असेंबली मैनुअल नहीं हैं,” सह-सीनियर लेखक ट्रे इडकर, पीएचडी, मेडिसिन के एक प्रोफेसर, जेकोब्स स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग के एक प्रोफेसर, यूसीओटीएस कैंसर के सदस्य ने कहा।

शोधकर्ताओं ने व्यक्तिगत प्रोटीन को अलग करने और अन्य प्रोटीनों के साथ उनकी बातचीत का दस्तावेजीकरण करने के लिए आत्मीयता शोधन नामक एक तकनीक का उपयोग किया। इसके अलावा, उन्होंने मानव प्रोटीन एटलस से ब्याज के प्रोटीन के स्थान को प्रकाश में लाने के लिए फ्लोरोसेंट डाई के साथ चिह्नित कोशिकाओं के इंटीरियर की 20,000 से अधिक छवियों का विश्लेषण किया। 5,100 से अधिक प्रोटीनों के लिए इन आंकड़ों के संयोजन से U2OS कोशिकाओं के भीतर विभिन्न आकारों के 275 अलग -अलग प्रोटीन असेंबली का पता चला।

“ऐतिहासिक रूप से, वैज्ञानिकों को इस धारणा से पक्षपाती किया गया है कि एक प्रोटीन के लिए एक जीन कोड है, जिसमें एक कार्य है,” सह-वरिष्ठ लेखक एम्मा लुंडबर्ग, पीएचडी, बायोइंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर और स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में पैथोलॉजी के एसोसिएट प्रोफेसर ने कहा। “हालांकि, अब ज्ञात बहुक्रियाशील प्रोटीनों की बढ़ती संख्या है, और जब हम शायद अभी भी कम आंक रहे हैं कि कितने हैं, तो यह अध्ययन इन बहुक्रियाशील गुणों को प्रकट करने के लिए मल्टीमॉडल डेटा एकीकरण के महत्व को प्रदर्शित करता है।”

शोधकर्ताओं ने मानचित्र में प्रोटीन के लिए 975 पहले अज्ञात कार्यों की खोज की। उदाहरण के लिए, C18ORF21 – हाल ही में खोजा गया प्रोटीन जिसका कार्य पहले अज्ञात था – अध्ययन के अनुसार, आरएनए प्रसंस्करण के साथ शामिल प्रतीत होता है, और डीपीपी 9 प्रोटीन, जो विशिष्ट क्षेत्रों में प्रोटीन को काटने के लिए जाना जाता है, इंटरफेरॉन सिग्नलिंग में फंसाया जाता है, जो संक्रमण से लड़ने के लिए महत्वपूर्ण है।

मॉडल ने एक विशाल ज्ञान के आधार पर आकर्षित किया, जो कि प्रोटीन पर वैज्ञानिक साहित्य से अवशोषित करता है, सह-प्रथम लेखक क्लारा हू के अनुसार, जो कि एक बायोमेडिकल साइंसेज डॉक्टरेट उम्मीदवार है, जो कि आईडीकेर लैब में डॉक्टरेट के उम्मीदवार है। शोधकर्ताओं ने जीपीटी -4 से पूछा-एक बड़ी भाषा मॉडल आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस टूल चैट के समान-व्यक्तिगत प्रोटीन के कार्य के लिए और कैसे उन्होंने प्रोटीन असेंबली में एक साथ काम किया। हू का कहना है कि यह एक मानव शोधकर्ता को ले जाएगा। यह GPT-4- आधारित विश्लेषण उपकरण, हाल ही में प्रकाशित किया गया प्रकृति के तरीकेप्रत्येक प्रोटीन विधानसभा के सामान्य विषय और उनके लिए प्रस्तावित नामों को संक्षेप में प्रस्तुत किया, जो सेल मानचित्र में उपयोग किए गए थे।

“हम एक निष्पक्ष तरीके से, वास्तव में देखने में सक्षम हैं कि ये भाग एक साथ कैसे फिट होते हैं और बीमारी के संदर्भ में उन्हें कैसे देखते हैं,” शेफ़र ने कहा।

वास्तव में, सेल मैप पर उत्परिवर्तित प्रोटीन का पता लगाकर, शोधकर्ता बचपन के कैंसर में अक्सर उत्परिवर्तित 21 विधानसभाओं की पहचान करने में सक्षम थे। इन समूहों के भीतर, 102 उत्परिवर्तित प्रोटीन को कैंसर के विकास से दृढ़ता से जोड़ा गया, अध्ययन के लिए धन्यवाद। निष्कर्षों का निहितार्थ है कि आणविक और सेलुलर स्तर पर कैंसर अनुसंधान कैसे आयोजित किया जाता है।

“हमें व्यक्तिगत उत्परिवर्तन के स्तर को देखना बंद करने की आवश्यकता है, जो बहुत दुर्लभ, छिटपुट हैं, और लगभग कभी भी दो बार एक ही तरह से पुनरावृत्ति नहीं करते हैं, और इन उत्परिवर्तन द्वारा बाधित या अपहृत कोशिकाओं के अंदर सामान्य मशीनरी को देखना शुरू करते हैं,” Ideker ने कहा।

शेफ़र का कहना है कि U2OS सेल मैप को ब्राउज़ करना एक ऑनलाइन भौगोलिक मानचित्र को नेविगेट करने के समान है।

“आप वास्तव में पता लगाने में सक्षम हैं, ज़ूम इन करते हैं, और देखें कि प्रोटीन इन विभिन्न समुदायों का हिस्सा हैं, और फिर देखें कि वे समुदाय कहां स्थित हैं,” उसने कहा।

“जैसा कि आप संकल्प बढ़ाते हैं, आप और भी अधिक विस्तार-स्तर की जानकारी देख सकते हैं,” हू ने कहा। टीम वर्तमान में नक्शे को और भी हल करने पर काम कर रही है ताकि उपयोगकर्ता एक उच्च रिज़ॉल्यूशन पर जितना चाहें उतना ज़ूम कर सकें।

शोधकर्ताओं को लगता है कि U2OS सेल एटलस न केवल बचपन के कैंसर की बेहतर समझ की सुविधा प्रदान करेगा, बल्कि वैज्ञानिकों के लिए एक खाका भी प्रदान करेगा जो अन्य सेल प्रकारों को मैप करना चाहते हैं, खराब-समझदार प्रोटीन और प्रोटीन परिसरों के कार्य को उजागर करने के लिए कृत्रिम बुद्धिमत्ता उपकरण का उपयोग करते हैं, और रोग प्रक्रियाओं की एक विस्तृत विविधता के पीछे तंत्र को समझते हैं।

अध्ययन पर अतिरिक्त सह-लेखकों में शामिल हैं: गेगे कियान, डोरोथी त्साई, निकोल एम। मैटसन, कैथरीन लिकन, रॉबिन बैचलर, यू किन, ज़ियाओयू झाओ, क्रिस्टोफर चुरस, जोआना लेन्किविक्ज़, कैलिफोर्निया सैन डिएगो विश्वविद्यालय से जिंग चेन, केई ओनो, पीटर ज़ेज, सभी यूसी में; ब्रिटिश कोलंबिया विश्वविद्यालय में क्यूंग-मी मून और लियोनार्ड जे। फोस्टर; अबंतिका पाल, नीलेश सोनी, एंड्रयू पी। लाथम अजी पालार, आंद्रेज सली, और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में इग्नासिया एचेवरिया सैन फ्रांसिस्को में; स्टीवन पी। गेगी, लॉरा पोंटानो वैटेस, एडवर्ड एल। हटलिन, और हार्वर्ड मेडिकल स्कूल में जे। वेड हार्पर; एंथनी सेसनिक, इशान गौर, ट्रैंग ले, विलियम लीनेवेबर, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में अर्नस्ट पुलिडो।

अध्ययन को नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ (NIH) (अनुदान: Bridge2ai कार्यक्रम OT2 OD032742, U54 CA274502, R01GM083960, P41GM109824, U24 HG006673) द्वारा वित्त पोषित किया गया था। नींव।