Теперь команда из Исследовательского института Скриппса (TSRI) показала, что, скрещивая два вида мух, они могут использовать то, что они узнают из протеома гибридного потомства, чтобы найти новые ключи к разгадке того, как белки взаимодействуют друг с другом — и под при каких обстоятельствах допустимо использование дополнительных белков. Недавно они сообщили о своих открытиях в журнале Science Advances.«Мы были удивлены, обнаружив, что во время эмбрионального развития протеом гибридного потомства имеет большую сложность и больше белков, чем то, что было бы обнаружено у обоих родительских видов вместе взятых», — говорит Казимир Бамбергер, доктор философии, научный сотрудник TSRI и первый автор исследования. . «Это показало нам, что протеом обладает пластичностью во время развития, которая позже теряется во взрослом возрасте.
Эта повышенная пластичность протеома во время развития может предоставить дополнительное пространство для быстрой фенотипической изменчивости при эволюции организмов».Исследователи использовали метод, называемый восходящей протеомикой (иногда называемый протеомикой дробовика), чтобы выявить, какие белки каждого вида присутствовали в гибридных мухах.
В этом процессе белки расщепляются на более мелкие пептиды, и эти пептиды анализируются с помощью масс-спектрометрии (МС), которая измеряет массы молекул в образце. Поскольку массы пептидов обоих видов различаются, исследователи смогли проследить пропорцию белков, которые геном каждого вида внес в протеом у гибридов.
«РС — единственный крупномасштабный метод изучения целых протеомов», — говорит Джон Йейтс III, доктор философии, профессор кафедры химической физиологии TSRI и старший автор исследования.Его лаборатория сосредоточена на разработке и применении методов протеомики на основе рассеянного склероза, чтобы ответить на широкий круг биологических вопросов. «Мы можем использовать эту технологию для одновременной идентификации и количественного определения тысяч белков в образце», — добавляет он.В ходе исследования ученые скрестили два вида плодовых мух: Drosophila melanogaster и Drosophila simulans.
Плодовые мушки — популярные модели для изучения генов и белков, потому что они хорошо изучены и относительно просты в использовании в лаборатории. Белки гибридов и двух родителей были помечены разными изотопами, чтобы ученые могли определить, какие белки в потомстве отличаются по количеству от родительских.Исследователи обнаружили, что во время раннего развития мухи экспрессировали новые белки, не обнаруженные ни у одного из родительских видов в тот же момент их развития.
Однако количество белков было снижено у выживших взрослых особей. Это предоставило исследователям новые подробности о функции сети протеостаза — регуляторной системы внутри клеток, которая, среди прочего, координирует синтез, свертывание, модификацию и деградацию белков.«Мы обнаружили, что у этих развивающихся гибридов увеличение сложности протеома сопровождалось активацией сети протеостаза, что означает, что она была более активной, чем обычно», — объясняет Бамбергер. «Это потому, что он занят удалением белков, которые он распознает как отсутствующие.
Но с другой стороны, сеть протеостаза может также вносить свой вклад в то, как новые и дополнительные белки стабилизируются и, таким образом, поддерживаются в организме».Бамбергер говорит, что, изучая сеть протеостаза и то, как белки взаимодействуют друг с другом, команда может начать понимать, почему определенные белки сохраняются в протеоме, несмотря на их неисправность, например, при таких состояниях, как рак или нейродегенеративные расстройства, включая болезнь Альцгеймера. Понимание этих взаимодействий может однажды привести к новым подходам к лечению некоторых заболеваний.
«Более глубокое понимание фундаментальных принципов, управляющих межбелковыми взаимодействиями в крупном масштабе, может помочь нам понять, как виды достигают быстрых фенотипических изменений или как больные клетки поддерживают работу протеома с все более мутировавшими белками», — объясняет Бамбергер.Йейтс добавил, что это исследование также было полезным инструментом для понимания разведения животных. «Это показывает нам, насколько генетические изменения препятствуют успешному спариванию видов, и что происходит на уровне белка, когда это действительно происходит», — говорит он.