Ученым удалось идентифицировать в пекарских дрожжах в общей сложности 4399 различных белков. В своем исследовании, опубликованном в журнале Nature Online, они также показывают, как меняется набор белков дрожжей в течение их жизненного цикла.
С тех пор как в 2001 году был впервые опубликован геном человека, стало известно, что анализ генов - не единственный важный фактор в понимании жизни. Скорее ученые пытаются идентифицировать все белки в организме - протеом. Таким образом они надеются лучше понять развитие и жизнеспособность организмов и происхождение болезней. Затем на этой основе будут разработаны специальные терапевтические средства.
Пекарские дрожжи как идеальный тест-объект
Помимо плодовых мушек, рыбок данио и мышей, дрожжи также являются одним из модельных организмов, используемых клеточными биологами. Как и клетки человека, дрожжи имеют двойной набор хромосом. Поскольку их белки очень похожи на белки клеток млекопитающих, дрожжи используются в биотехнологии для производства активных ингредиентов.
Во время вегетативного роста дрожжевые клетки, как и яйцеклетки человека и сперматозоиды, содержат только простой - гаплоидный - набор хромосом: тогда клетки имеют только одну копию каждого типа хромосом. Однако дрожжи также могут размножаться половым путем и на этой фазе размножения имеют двойной - диплоидный - набор хромосом. Геном дрожжей был первым, секвенированным у эукариот. Протеом дрожжей теперь также полностью выяснен.
Идентичные гены, но другой набор белков
Ученые из Института биохимии Макса Планка в Мартинсриде сравнили протеом гаплоидных и диплоидных дрожжевых клеток. Они обнаружили, что белки сигнального пути феромона присутствуют в повышенных количествах в гаплоидных клетках. Однако эти химические мессенджеры не появлялись в диплоидных клетках. Клетки нуждаются в феромонах для спаривания. Для дрожжей имеет смысл использовать энергию для образования феромонов только тогда, когда они готовы к спариванию.
Исследователи Макса Планка обнаружили и другие различия в протеоме двух клеточных стадий. Сравнение интересно тем, что обе клетки имеют идентичные гены, но требуют совершенно разного набора белков для своего разного образа жизни и функционирования. Клетки печени и мышц человека также имеют одинаковый генетический состав, хотя выполняют в организме совершенно разные функции.
Мы доказали, что с помощью нашего исследовательского подхода можно выяснить весь протеом организма. Теперь нам нужно усовершенствовать методы и расширить наши анализы, чтобы расшифровать больше протеомов», - говорит ученый Макса Планка Матиас Манн.
Новое понимание регуляции дифференцировки клеток
Сравнение протеома двух стадий роста - диплоидной и гаплоидной - открывает новое понимание регуляции клеточной дифференцировки, развития тканей и развития заболеваний.
Как и при определении протеома дрожжей, исследователи Макса Планка также использовали так называемый метод SILAC (метка стабильными изотопами аминокислотами с помощью клеточной культуры), разработанный Манном для исследований плодовой мушки Drosophila.), что позволяет анализировать функциональный протеом. Отдельные аминокислоты белков в питательной среде клеток или в пище модельных организмов метятся более тяжелыми изотопами.
Это позволяет анализировать и сравнивать протеом клеток или организмов. Протеом может быть определен количественно с исключительной точностью по соотношению образующихся тяжелых и легких белков.
Трансляция генов заторможена
Параллельно с этим количественным анализом протеома дрозофилы ученые Мартинсрид и их коллеги из Мюнхенского университета ингибировали «трансляцию» некоторых генов в белки.
Это позволило им, например, изучить регуляцию гена ISWI, играющего важную роль в дифференцировке ооцитов у всех высших организмов.
Изменения белкового паттерна
Исследователи определили 4.100 Белки в клетках плодовой мушки. После того, как специально отключили ген ISWI, изменился синтез более 300 белков. Однако эти изменения белкового паттерна едва ли коррелируют с изменениями, обнаруженными с помощью обычного метода микрочипов.
«Результаты показывают, что наш метод лучше подходит для понимания регуляции отдельных генов в различных организмах, таких как плодовые мушки, мыши или люди», - говорит Манн.
Теперь ученые также хотят использовать существующие данные. В сочетании с новыми методами ученые, возможно, могли бы приблизиться к своей цели - полному пониманию человеческого протеома.