它是官方的 - 在一個(gè)簡單的細(xì)胞中有大約4200萬個(gè)蛋白質(zhì)分子，由多倫多大學(xué)Donnelly細(xì)胞和生物分子研究中心的生物化學(xué)教授格蘭特布朗領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員透露。根據(jù)本周發(fā)表在Cell Systems雜志上的一項(xiàng)研究顯示，該研究小組分析了近20項(xiàng)關(guān)于酵母細(xì)胞中蛋白質(zhì)豐度的大型研究數(shù)據(jù)，首次能夠?qū)γ糠N蛋白質(zhì)的分子數(shù)進(jìn)行可靠的估計(jì)。

這項(xiàng)工作是與Anastasia Baryshnikova合作完成的，他是一名大學(xué)生，現(xiàn)在是Calico的首席研究員，Calico是一家專注于老齡化的加州生物技術(shù)公司。

蛋白質(zhì)組成我們的細(xì)胞并完成其中的大部分工作。通過這種方式，它們將遺傳密碼變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，因?yàn)闃?gòu)建蛋白質(zhì)的配方存儲(chǔ)在基因的DNA代碼中。

在解釋這項(xiàng)工作時(shí)，布朗說，鑒于“細(xì)胞是生物學(xué)的功能單元，想知道那里有什么，各種各樣的東西，這只是一種天生的好奇心。”

盡管有好奇心，科學(xué)家們還想要計(jì)算蛋白質(zhì)的另一個(gè)原因。許多疾病是由某種蛋白質(zhì)含量過少或過多引起的。越多的科學(xué)家知道蛋白質(zhì)豐度是如何被控制的，當(dāng)它出錯(cuò)時(shí)它們能夠更好地修復(fù)它。

雖然研究人員多年來一直在研究蛋白質(zhì)豐度，但研究結(jié)果以任意單位報(bào)告，在該領(lǐng)域播下混亂，并且難以比較不同實(shí)驗(yàn)室之間的數(shù)據(jù)。

例如，許多研究小組通過在蛋白質(zhì)分子上貼上熒光標(biāo)簽并根據(jù)細(xì)胞發(fā)光的程度來推斷其豐度來估計(jì)蛋白質(zhì)水平。但儀器的不可避免的差異意味著不同的實(shí)驗(yàn)室記錄了細(xì)胞發(fā)出的不同亮度水平。其他實(shí)驗(yàn)室使用完全不同的方法測(cè)量蛋白質(zhì)水平。

“很難概念化細(xì)胞中有多少蛋白質(zhì)，因?yàn)閿?shù)據(jù)報(bào)告的數(shù)據(jù)大不相同，”布朗實(shí)驗(yàn)室的研究生Brandon Ho表示，他完成了該項(xiàng)目的大部分工作。

為了將任意測(cè)量值轉(zhuǎn)換為每個(gè)細(xì)胞的分子數(shù)，Ho轉(zhuǎn)向面包酵母，這是一種易于研究的單細(xì)胞微生物，為基本細(xì)胞的工作方式提供了一個(gè)窗口。由于21項(xiàng)獨(dú)立的研究測(cè)量了所有酵母蛋白的豐度，酵母也是唯一有足夠數(shù)據(jù)可用于計(jì)算酵母基因組編碼的6,000種蛋白質(zhì)中每種蛋白質(zhì)的分子數(shù)的生物體。對(duì)于人類細(xì)胞不存在這樣的數(shù)據(jù)集，其中每種細(xì)胞類型僅包含由20,000個(gè)人類基因編碼的蛋白質(zhì)的子集。

豐富的現(xiàn)有酵母數(shù)據(jù)意味著Ho可以將它們整合在一起，對(duì)其進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試并將蛋白質(zhì)豐度的模糊測(cè)量值轉(zhuǎn)換為“有意義的東西，換句話說，每個(gè)細(xì)胞的分子”，布朗說。

Ho的分析首次揭示了細(xì)胞中每種蛋白質(zhì)分子的數(shù)量，估計(jì)分子總數(shù)約為4200萬。大多數(shù)蛋白質(zhì)存在于1000至10,000個(gè)分子的窄范圍內(nèi)。有些在超過五十萬份中非常豐富，而另一些則在一個(gè)細(xì)胞中存在少于10個(gè)分子。

通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，研究人員能夠深入了解細(xì)胞控制不同蛋白質(zhì)豐度的機(jī)制，為人類細(xì)胞中的類似研究鋪平了道路，有助于揭示疾病的分子根源。他們還表明蛋白質(zhì)的供應(yīng)與其在細(xì)胞中的作用相關(guān)，這意味著可能使用豐度數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)正在做什么。

最后，在一個(gè)將為各地的細(xì)胞生物學(xué)家歡欣鼓舞的發(fā)現(xiàn)中，Ho表明，將發(fā)光標(biāo)簽縫合到蛋白質(zhì)上的常見做法對(duì)它們的豐度幾乎沒有影響。雖然這種方法徹底改變了蛋白質(zhì)生物學(xué)的研究，但是它的發(fā)現(xiàn)者Osamu Shimomura，Martin Chalfie和Roger Tsien在2008年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，但這也引發(fā)了對(duì)標(biāo)簽可能會(huì)影響蛋白質(zhì)耐久性的擔(dān)憂，這可能會(huì)破壞數(shù)據(jù)。

“這項(xiàng)研究將對(duì)整個(gè)酵母界及其他地區(qū)具有重要價(jià)值，”Saccharomyces基因組數(shù)據(jù)庫的高級(jí)生物反應(yīng)者羅伯特·納什說，該數(shù)據(jù)庫將向全球研究人員提供數(shù)據(jù)。他還補(bǔ)充說，通過“以一種通用和直觀的形式呈現(xiàn)蛋白質(zhì)豐度，布朗實(shí)驗(yàn)室為其他研究人員提供了重新檢查這些數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)，從而促進(jìn)了研究與研究的比較和假設(shè)生成。”