Корни биоразнообразия: как белки различаются у разных видов

Прочитано: 166 раз(а)


Чтобы лучше понять, что движет биологическим разнообразием на Земле, ученые исторически изучали генетические различия между видами. Но это только часть картины. Признаки определенного вида являются результатом не только его генов, но и белков, кодируемых этими генами. Поэтому понимание различий между протеомами видов или всеми белками, которые могут экспрессироваться, так же важно, как и понимание различий между геномами.

В новом исследовании ученые Йельского университета сравнили протеомы клеток кожи 11 млекопитающих, что, по их словам, поможет ученым понять молекулярные движущие силы биоразнообразия и то, как эти факторы развивались с течением времени.

Они обнаружили, что, хотя многие белки одинаково изменчивы как между видами , так и внутри них, некоторые из них более изменчивы между видами, что дает представление о том, какие белки могут быть более важными в эволюции млекопитающих. Работа также может помочь исследователям понять, почему некоторые виды более устойчивы к раку.

Их выводы были опубликованы 9 сентября в журнале Science Advances .

«Чтобы понять биологическое разнообразие, а также узнать, чем ДНК отличается у разных видов, вы также можете захотеть узнать, как виды ведут себя, развиваются и выглядят по-разному», — сказал Гюнтер Вагнер, почетный профессор экологии и эволюционной биологии Элисон Ричард. .

И эти атрибуты — то, как вид выглядит, ведет себя и развивается — считается, что они более тесно связаны с уровнем белка, чем с ДНК, объяснил Яншэн Лю, доцент фармакологии Йельской школы медицины.

Однако сравнивать количество белка у разных видов было сложно, поскольку технологии для проведения крупномасштабных анализов не существовало. Но Лю применил метод, называемый независимой от данных масс-спектрометрией, который теперь позволяет исследователям выполнять такую ​​работу.

«Это концептуальный и технический прорыв, который позволяет нам работать на более высоком, более функциональном уровне», — сказал Вагнер.

Лю является членом Йельского института биологии рака, а Вагнер — членом Института системной биологии, оба расположены в Западном кампусе Йельского университета. Именно там, во время симпозиума по системной биологии рака, который они оба посетили, началось их сотрудничество.

Для исследования исследователи количественно оценили все белки, экспрессируемые в клетках кожи 11 видов млекопитающих: кроликов, крыс, обезьян, людей, овец, коров, свиней, собак, кошек, лошадей и опоссумов.

Они обнаружили, что анализ предоставил информацию, которую нельзя было получить с помощью других методов. Например, в то время как в предыдущих исследованиях изучались различия в мРНК — генетическом материале, используемом для создания белков, — они обнаружили, что измерение белков дает дополнительную информацию, которую нельзя получить, анализируя только мРНК, поскольку мРНК является лишь косвенным показателем содержания белка. .

Нить мРНК несет код для создания белка. И хотя отдельные белки могут иметь определенную функцию, белки также могут взаимодействовать друг с другом и действовать как группы, объяснил Лю. Просто просмотр мРНК не даст этой информации.

«Мы обнаружили, что, особенно для определенных классов белков, отношение белка к мРНК очень низкое», — сказал Лю. «Это означает, что сам по себе профиль мРНК может ввести в заблуждение».

Затем команда изучила вариации белка как между видами, так и между особями одного и того же вида и обнаружила, что для большинства белков уровни, которые были более изменчивы между людьми, также были более вариабельны между видами. Но были некоторые белки, которые не соответствовали этой тенденции. Например, белки, связанные с клеточным делением и метаболизмом РНК, были более вариабельны между видами, чем между особями одного вида (в данном случае людьми). Это говорит о том, что эти функции играют особенно важную роль в эволюции млекопитающих, говорят исследователи.

«Межвидовые и межиндивидуальные различия очень интересны с эволюционной точки зрения», — сказал Вагнер. «Сравнение этих двух данных дает нам представление о том, насколько допустимы вариации внутри вида, и мы можем использовать эту информацию для прогнозирования способности к эволюции».

Наконец, исследователи сравнили системы удаления белка у разных видов. Есть две основные системы, ответственные за удаление белков в клетках, и они обнаружили, что одна из них одинакова у разных видов, а другая демонстрирует довольно небольшие различия у разных млекопитающих.

Этот оборот белка определяет, насколько быстро клетка может изменить свое состояние, добавил Вагнер. «Если поступает новый сигнал, клетке необходимо выбросить белки, которые были необходимы для ее предыдущего состояния, и создать новые», — сказал он.

И то, как быстро клетка меняет свое состояние, может иметь отношение к раку.

«На здоровые клетки могут влиять близлежащие раковые клетки», — сказал Вагнер. «Будет важно понять, связаны ли скорости оборота белка с тем, насколько клетки реагируют на влияние опухолевых клеток. Возможно, виды, более устойчивые к раку, такие как копытные животные, такие как коровы и свиньи, имеют клетки, которые менее способны изменить состояние и менее восприимчивы к сигналам от раковых клеток».

По словам исследователей, понимание уязвимости к раку — лишь одно из возможных применений этой работы. Например, они могут начать коррелировать различия в белках с любыми другими признаками, которые различаются у разных видов, говорит Лю.

Белки подвергаются химическим модификациям, которые происходят, когда другие молекулы присоединяются к белку и активируют или дезактивируют его. И эти модификации вносят свой вклад в признаки, которые различаются между видами и внутри них, поскольку они играют важную роль, влияя на функцию белка. Исследователи оценили один тип модификации в этом исследовании, фосфорилирование, обнаружив, что изменения в уровнях фосфорилирования по большей части не связаны с изменениями в количестве белка , что обеспечивает еще один уровень понимания того, что движет биоразнообразием. Исследователи продолжат оценивать другие модификации в будущей работе.

«Это даст более полную картину», — сказал Лю, добавив, что биологическая изменчивость между видами и особями формирует биологическое разнообразие на Земле. «Измерение различий как в белках, так и в модифицированных белках у разных видов продвинет наше понимание биоразнообразия на молекулярном уровне».

Корни биоразнообразия: как белки различаются у разных видов



Новости партнеров