蛋白質(zhì)是細(xì)胞的干擾者。他們執(zhí)行細(xì)胞生長(zhǎng)，繁殖和履行其他職責(zé)所需的所有工作。但基因攜帶的指令遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過細(xì)胞中任何時(shí)候存在的蛋白質(zhì)。因此，研究人員在給定時(shí)間和某些條件下了解細(xì)胞或組織中存在的蛋白質(zhì)組或蛋白質(zhì)組是有用的。了解蛋白質(zhì)組的大小限制和細(xì)胞對(duì)蛋白質(zhì)多樣性的耐受性對(duì)于確定有機(jī)體如何進(jìn)化至關(guān)重要。

現(xiàn)在，斯克里普斯研究所(TSRI)的一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)，通過雜交兩種蠅類，他們可以利用他們從雜交后代蛋白質(zhì)組學(xué)到的東西，找到關(guān)于蛋白質(zhì)如何相互作用的新線索 -情況下可以容忍其他蛋白質(zhì)。他們最近在“科學(xué)進(jìn)展”雜志上報(bào)告了他們的發(fā)現(xiàn)。

“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，在胚胎發(fā)育過程中，雜交后代的蛋白質(zhì)組比兩種親本物種的組合具有更多的復(fù)雜性和更多的蛋白質(zhì)，”TSRI研究助理Casimir Bamberger博士說，該研究的第一作者。“它向我們展示了蛋白質(zhì)組在發(fā)育過程中具有可塑性，后來在成年期喪失。這種蛋白質(zhì)組在發(fā)育過程中增加的可塑性可能為生物進(jìn)化時(shí)的快速表型變化提供額外的空間。”

研究人員使用一種稱為自下而上蛋白質(zhì)組學(xué)(有時(shí)稱為鳥槍蛋白質(zhì)組學(xué))的技術(shù)來揭示混合果蠅中每種物種的哪些蛋白質(zhì)存在。在這個(gè)過程中，蛋白質(zhì)被消化成較小的肽，并用質(zhì)譜法(MS)分析這些肽，質(zhì)譜法測(cè)量樣品中的分子質(zhì)量。由于來自任一物種的肽的質(zhì)量不同，研究人員能夠追溯每個(gè)物種的基因組對(duì)雜種蛋白質(zhì)組的貢獻(xiàn)的蛋白質(zhì)比例。

“MS是研究整個(gè)蛋白質(zhì)組的唯一大規(guī)模方法，”TSRI化學(xué)生理學(xué)系教授，該研究的資深作者John Yates III博士說。

他的實(shí)驗(yàn)室專注于基于MS的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，以回答廣泛的生物學(xué)問題。“我們可以使用這項(xiàng)技術(shù)同時(shí)識(shí)別和量化樣品中的數(shù)千種蛋白質(zhì)，”他補(bǔ)充道。

在這項(xiàng)研究中，研究人員交叉繁殖了兩種果蠅，黑腹果蠅和果蠅(Drosophila simulans)。果蠅是研究基因和蛋白質(zhì)的流行模型，因?yàn)樗鼈冊(cè)趯?shí)驗(yàn)室中被很好地理解并且相對(duì)容易操作。來自雜種和兩個(gè)親本的蛋白質(zhì)用不同的同位素標(biāo)記，因此科學(xué)家們可以確定后代中的哪些蛋白質(zhì)與母體的數(shù)量不同。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在早期發(fā)育過程中，果蠅表達(dá)的新蛋白質(zhì)在其發(fā)育的同一點(diǎn)上未在任何親本物種中檢測(cè)到。然而，幸存的成年人中蛋白質(zhì)的數(shù)量減少了。這為研究人員提供了關(guān)于蛋白質(zhì)穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)功能的新細(xì)節(jié) - 細(xì)胞內(nèi)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)協(xié)調(diào)蛋白質(zhì)的合成，折疊，修飾和降解，以及其他作用。

“我們發(fā)現(xiàn)，在這些正在發(fā)育的雜交種中，蛋白質(zhì)組復(fù)雜性的增加伴隨著蛋白質(zhì)穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的上調(diào)，這意味著它比平時(shí)更活躍，”Bamberger解釋說。“這是因?yàn)樗τ谌コJ(rèn)為不存在的蛋白質(zhì)。但另一方面，蛋白質(zhì)穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)也可能有助于新的和額外的蛋白質(zhì)如何穩(wěn)定，從而在生物體內(nèi)維持。”

Bamberger說，通過研究蛋白質(zhì)穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)以及蛋白質(zhì)如何相互作用，研究小組可以開始理解為什么某些蛋白質(zhì)在蛋白質(zhì)組中維持，盡管它們出現(xiàn)故障，例如癌癥或包括阿爾茨海默病在內(nèi)的神經(jīng)退行性疾病。有一天，了解這些相互作用可能導(dǎo)致治療某些疾病的新方法。

“更深入地了解大規(guī)?？刂频鞍踪|(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用的基本原理可能有助于我們了解物種如何實(shí)現(xiàn)快速的表型變異，或者如何使病變細(xì)胞保持蛋白質(zhì)組的運(yùn)行與日益突變的蛋白質(zhì)，”Bamberger解釋說。

耶茨補(bǔ)充說，這項(xiàng)研究也是了解動(dòng)物繁殖的有用工具。“它告訴我們有多少遺傳變化會(huì)阻止物種成功交配，以及當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)水平發(fā)生時(shí)會(huì)發(fā)生什么，”他說。