科学家绘制世界最大蛋白质图谱

科学家已经发现了上万种新的蛋白联结,约占蛋白联结总量的四分之一。

为了揭示蛋白质是如何构建细胞与机体,来自多个国家的科学家组成的研究团队筛选了不同生物的细胞,这些细胞从变形虫到蠕虫到老鼠到人类,来源十分广泛。

这项蛋白质科学的壮举,是来自七个国家的三个研究小组合作的结果,由多伦多大学唐纳利中心的Andrew Emili教授和德克萨斯大学奥斯汀分校的EdwardMarcotte教授领导,发现了成百上千种新的蛋白质相互作用,其中细胞内蛋白质的接触作用大约占四分之一。

一个蛋白联结的缺失都会致病。图谱已经帮助科学家锁定病变蛋白。这些数据将通过开放数据库的访问提供给世界各地的研究人员。

虽然十几年前的人类基因组测序无疑是生物学中最伟大的发现之一,然而这只是人们对细胞工作的深入了解的开始。基因只不过是一幅模板,而它的复制品——蛋白质,担任了细胞运转的主要工作。

蛋白间相互联系,共同协作。许多蛋白质结合形成所谓的分子机器并在细胞活动中扮演关键角色,例如合成新的蛋白质,或者是回收旧蛋白,再造新蛋白。但是人类细胞中有上万种蛋白质,其中的大部分我们仍旧不知道它们的作用。

于是有了Emili 和Marcotte的图谱,团队使用最先进的方法,可以提取细胞内数千个分子机器并分析其蛋白构成。然后他们建立了一个类似于社交网站的网络,通过探知未知蛋白与已知蛋白的联结,推知未知蛋白质的功能。例如,未知蛋白与“杂活儿工”蛋白有联结,那么这个未知蛋白极可能也具有细胞修复功能。

今天这项里程碑式的研究收集了九个物种分子机器的信息,分别包含了面包酵母、阿米巴虫、海葵、苍蝇、蠕虫、海胆、青蛙、老鼠和人类,并由此可以绘制出一个生命树图。这个新的图谱将蛋白质结合体数目扩大到已知的十倍有余,并可以让我们观察到它们如何随着时间进行进化的。

“对于我来单单是此项研究的规模就足以吸引人们的眼球,我们已知的每个物种的蛋白联结已达到到原先所知的三倍。我们现在通过蛋白质相互作用网络可以非常可靠的预测,所有动物具有超过一百万种蛋白质相互作用,这从根本上来讲是一个巨大的进步。”Emili说,他也是疾病管理生物标记方面的安大略研究会主席、分子遗传学教授。

研究发现,自从十亿年前原始细胞出现之后,动物生命出现在地球上以前,成千上万种蛋白质协作关系一直保持不变。

“就蛋白质分布而言,人类与其他物种通常是相同的,这不仅印证了我们拥有共同祖先,也对在基因组学的基础上研究多种疾病以及这些疾病如何存在于不同物种中有实际意义。”Marcotte说。

在确定人类疾病的可能原因方面,人们已经证明这个图谱是有用的,例如一种新发现的分子机器名为Commander,由十二个单一的蛋白质组成。人们曾发现一些智力障碍患者的机体里具有编码Commander某些组分的基因,但并不清楚这些蛋白质的机制。

由于Commander存在于所有动物的细胞里,研究生FanTu正在破坏蝌蚪中的蛋白质部件,揭示了胚胎发育阶段脑细胞位置异常,并为复杂的人类起源问题提供了一个可能。

“有了成千上万种蛋白质相互作用,我们的图谱会帮助人们研究蛋白质相互作用和人类疾病的多种联系,这是我们未来几年的研究方向。”Emili博士总结道。

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