蛋白質(zhì)是細胞的干擾者。他們執(zhí)行細胞生長，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遠超過細胞中任何時候存在的蛋白質(zhì)。因此，研究人員在給定時間和某些條件下了解細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)組的大小限制和細胞對蛋白質(zhì)多樣性的耐受性對于確定有機體如何進化至關(guān)重要。

現(xiàn)在，斯克里普斯研究所(TSRI)的一個研究小組發(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)進展”雜志上報告了他們的發(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化時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物種的基因組對雜種蛋白質(zhì)組的貢獻的蛋白質(zhì)比例。

“MS是研究整個蛋白質(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。

他的實驗室專注于基于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。“我們可以使用這項技術(shù)同時識別和量化樣品中的數(shù)千種蛋白質(zhì)，”他補充道。

在這項研究中，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，因為它們在實驗室中被很好地理解并且相對容易操作。來自雜種和兩個親本的蛋白質(zhì)用不同的同位素標記，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，果蠅表達的新蛋白質(zhì)在其發(fā)育的同一點上未在任何親本物種中檢測到。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)功能的新細節(jié) - 細胞內(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)，這意味著它比平時更活躍，”Bamberger解釋說。“這是因為它忙于去除它認為不存在的蛋白質(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現(xiàn)快速的表型變異，或者如何使病變細胞保持蛋白質(zhì)組的運行與日益突變的蛋白質(zhì)，”Bamberger解釋說。

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