Inteligența artificială identifică proteine umane ascunse și le dezvăluie rolul
Un studiu publicat în revista Nature arată cum inteligența artificială, combinată cu metode experimentale avansate, poate identifica proteine umane necunoscute și poate dezvălui ce rol au acestea. Descoperirea sugerează o nouă cale de a studia modul în care celulele comunică, supraviețuiesc stresului și pot contribui la apariția bolilor.
Cercetătorii de la Sylvester Comprehensive Cancer Center, parte a University of Miami Miller School of Medicine, au folosit inteligența artificială pentru a compara formele tridimensionale a peste 214 milioane de proteine prezise. În loc să analizeze doar secvențele genetice, echipa a căutat după structura tridimensională și a identificat membri ascunși ai familiei receptorilor cuplați la proteine G (GPCR), un grup care ajută celulele să detecteze și să răspundă la semnalele extracelulare.
„Timp de decenii, am explorat în mare parte biologia proteinelor folosind secvența ca ghid”, a declarat Daniel G. Isom, autorul principal al studiului și membru al facultății în Departamentul de Farmacologie Moleculară și Celulară. „Am vrut să știm ce biologie am putea rata dacă am căuta după structura tridimensională. Ceea ce am găsit sugerează că există un alt nivel de biologie care a rămas ascuns la vedere.”
O proteină în special, TM184C, le-a atras atenția. Deși seamănă cu un GPCR, echipa a observat că se comportă diferit. O mare parte a fost găsită în interiorul celulei, în membranele veziculelor intracelulare, mici pachete care transportă materiale. Aceste vezicule călătoresc de-a lungul microtubulilor, autostrăzile interne ale celulei, și se adună în proiecții subțiri care conectează celulele vecine.
Aceste proiecții acționează ca niște punți. Prin ele, celulele schimbă metaboliți, vezicule și organite, inclusiv mitocondrii, care produc energia necesară celulelor. Când cercetătorii au perturbat TM184C, celulele au format mai puține conexiuni și au prezentat modificări de formă și de organizare a veziculelor, ceea ce sugerează că proteina ajută la construirea și gestionarea acestor canale intercelulare.
„Când am văzut veziculele pozitive pentru TM184C deplasându-se prin conexiunile dintre celule, am realizat că aceste structuri ar putea fi rute pentru un schimb substanțial de materiale”, a declarat Jenniffer Arcuri, autoarea principală a studiului. „Asta ne-a schimbat complet modul în care gândeam despre TM184C și ne-a făcut să luăm în considerare cum celulele ar putea folosi aceste conexiuni pentru a coopera și a concura pentru resurse.”
Descoperirea ridică o întrebare fundamentală: când celulele împart resurse, cine beneficiază? În țesuturile sănătoase, acest schimb poate ajuta celulele să supraviețuiască stresului prin mutarea combustibilului sau a componentelor deteriorate acolo unde este nevoie. Dar dacă schimbul este inegal, o celulă ar putea câștiga în detrimentul alteia.
„Cred că celulele coordonează până când trebuie să concureze”, a spus Shraddha Chandthakuri, studentă la Biologie a Cancerului. „Când celulele sunt stresate, ele pot coordona redistribuirea proteinelor, organitelor și metaboliților pentru a susține supraviețuirea populației în ansamblu.”
TM184C pare să ajute și la reglarea autofagiei, procesul prin care celulele descompun și reciclează părțile vechi sau deteriorate. Când TM184C a fost redusă, markerii autofagiei au crescut, ceea ce sugerează că proteina ajută la reglarea procesului. Echipa a studiat și o proteină de drojdie numită Hfl1, similară cu TM184C. Când Hfl1 a fost eliminată din drojdie, celulele au dezvoltat probleme, dar adăugarea proteinei umane TM184C a corectat aceste probleme, arătând că funcția s-a păstrat de-a lungul evoluției.
Isom a subliniat că cercetarea științifică trebuie să combine validarea experimentală cu inteligența artificială. „Inteligența artificială nu poate fi crezută orbește, dar poate duce la lucruri foarte mari în mâinile experților și minților pregătite”, a spus el.
