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科学家们揭示一个简单的细胞可容纳4200万个蛋白质

2019-05-05 10:34:55 • 来源：

它是官方的 - 在一个简单的细胞中有大约4200万个蛋白质分子，由多伦多大学Donnelly细胞和生物分子研究中心的生物化学教授格兰特布朗领导的一组研究人员透露。根据本周发表在Cell Systems杂志上的一项研究显示，该研究小组分析了近20项关于酵母细胞中蛋白质丰度的大型研究数据，首次能够对每种蛋白质的分子数进行可靠的估计。

科学家们揭示一个简单的细胞可容纳4200万个蛋白质

这项工作是与Anastasia Baryshnikova合作完成的，他是一名大学生，现在是Calico的首席研究员，Calico是一家专注于老龄化的加州生物技术公司。

蛋白质组成我们的细胞并完成其中的大部分工作。通过这种方式，它们将遗传密码变为现实，因为构建蛋白质的配方存储在基因的DNA代码中。

在解释这项工作时，布朗说，鉴于“细胞是生物学的功能单元，想知道那里有什么，各种各样的东西，这只是一种天生的好奇心。”

尽管有好奇心，科学家们还想要计算蛋白质的另一个原因。许多疾病是由某种蛋白质含量过少或过多引起的。越多的科学家知道蛋白质丰度是如何被控制的，当它出错时它们能够更好地修复它。

虽然研究人员多年来一直在研究蛋白质丰度，但研究结果以任意单位报告，在该领域播下混乱，并且难以比较不同实验室之间的数据。

例如，许多研究小组通过在蛋白质分子上贴上荧光标签并根据细胞发光的程度来推断其丰度来估计蛋白质水平。但仪器的不可避免的差异意味着不同的实验室记录了细胞发出的不同亮度水平。其他实验室使用完全不同的方法测量蛋白质水平。

“很难概念化细胞中有多少蛋白质，因为数据报告的数据大不相同，”布朗实验室的研究生Brandon Ho表示，他完成了该项目的大部分工作。

为了将任意测量值转换为每个细胞的分子数，Ho转向面包酵母，这是一种易于研究的单细胞微生物，为基本细胞的工作方式提供了一个窗口。由于21项独立的研究测量了所有酵母蛋白的丰度，酵母也是唯一有足够数据可用于计算酵母基因组编码的6,000种蛋白质中每种蛋白质的分子数的生物体。对于人类细胞不存在这样的数据集，其中每种细胞类型仅包含由20,000个人类基因编码的蛋白质的子集。

丰富的现有酵母数据意味着Ho可以将它们整合在一起，对其进行基准测试并将蛋白质丰度的模糊测量值转换为“有意义的东西，换句话说，每个细胞的分子”，布朗说。

Ho的分析首次揭示了细胞中每种蛋白质分子的数量，估计分子总数约为4200万。大多数蛋白质存在于1000至10,000个分子的窄范围内。有些在超过五十万份中非常丰富，而另一些则在一个细胞中存在少于10个分子。

通过对数据的分析，研究人员能够深入了解细胞控制不同蛋白质丰度的机制，为人类细胞中的类似研究铺平了道路，有助于揭示疾病的分子根源。他们还表明蛋白质的供应与其在细胞中的作用相关，这意味着可能使用丰度数据来预测蛋白质正在做什么。

最后，在一个将为各地的细胞生物学家欢欣鼓舞的发现中，Ho表明，将发光标签缝合到蛋白质上的常见做法对它们的丰度几乎没有影响。虽然这种方法彻底改变了蛋白质生物学的研究，但是它的发现者Osamu Shimomura，Martin Chalfie和Roger Tsien在2008年获得了诺贝尔化学奖，但这也引发了对标签可能会影响蛋白质耐久性的担忧，这可能会破坏数据。

“这项研究将对整个酵母界及其他地区具有重要价值，”Saccharomyces基因组数据库的高级生物反应者罗伯特·纳什说，该数据库将向全球研究人员提供数据。他还补充说，通过“以一种通用和直观的形式呈现蛋白质丰度，布朗实验室为其他研究人员提供了重新检查这些数据的机会，从而促进了研究与研究的比较和假设生成。”

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