Vraag en antwoord: Onderzoekers verscherpen hun focus op doorgangen naar de kern

Net als de managers van laadkades in een scheepsmagazijn fungeren nucleaire poriecomplexen als poortwachters voor het hoofdkwartier van de cel, waarbij ze het verkeer vanuit de kern controleren.

Een onderzoeker van de North Carolina State University maakte deel uit van een nieuwe studie, gepubliceerd inNano-brievendat een methode onthulde om beter te begrijpen wat er aan de hand is in afbeeldingen van deze kleine poriën – een bevinding waarvan ze hopen dat wetenschappers hierop kunnen voortbouwen om zowel nucleaire poriecomplexen te bestuderen als hun rol in celontwikkeling en ziekte te begrijpen.

Concreet bedachten onderzoekers een methode om machinaal leren te gebruiken om nucleaire poriecomplexen in afbeeldingen van cellen te helpen differentiëren. The Abstract sprak met Yang Zhang, assistent-professor textielchemie, techniek en wetenschap bij NC State, over het onderzoek.

De samenvatting: Wat zijn nucleaire poriecomplexen?

Yang Zhang: Het zijn kanalen van nanoformaat, uitgerust met eiwitten, in het membraan van de kern. Ze worden gebruikt om biomoleculen, zoals DNA, eiwitten of andere moleculen, van de kern naar het cytoplasma van de cel te transporteren. Ze zijn poortwachters voor veel celactiviteiten, zoals transcriptie, wat een van de eerste stappen is bij het omzetten van DNA in eiwitten.

TA: Waarom ben je geïnteresseerd in kanalen van nanoformaat op het kernmembraan?

Zhang: Verkeer door deze nucleaire poriën zou ziektetrajecten kunnen beheersen. Als we de handelsactiviteiten tussen de kern en het cytoplasma kunnen programmeren, kunnen we deze wellicht opnieuw bedraden om ziekten zoals kanker te behandelen. We bestuderen fundamentele biologische processen met behulp van superresolutiebeeldvorming.

TA: Hoe kun je foto’s maken van deze kleine kernporiëncomplexen?

Zhang: Omdat deze poriën zo klein zijn, moeten ze in beeld worden gebracht met behulp van fluorescentiemicroscopie met superresolutie – een techniek die een Nobelprijs heeft gewonnen. Wat nog belangrijker is, om deze nucleaire poriecomplexen te bestuderen, kun je niet zomaar een foto met hoge resolutie maken en klaar zijn. We hebben een aanpak ontwikkeld waarmee we konden begrijpen wat er gebeurt met de nucleaire poriecomplexen die we in beeldvorming zien.

Om dat te doen, hebben we de complexen eerst gelabeld met fluorescerende kleurstoffen zodat ze detecteerbaar waren in de fluorescentiemicroscoop met superresolutie, en vervolgens een computersimulatie van het complex ontwikkeld die we vergeleken met het echte beeld.

We vergeleken het gesimuleerde beeld met het echte beeld om te weten hoe goed we de informatie konden vastleggen, en met behulp van op machine learning gebaseerde beeldsegmentatie konden we de composities van de complexen beter begrijpen. Nu kunnen we hierop voortbouwen om andere afbeeldingen van nucleaire poriecomplexen onder verschillende omstandigheden beter te begrijpen.

Zhang correspondeerde over het onderzoek in Nano-brieven.