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新手已上路木蟲 (職業(yè)作家)
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哈佛研究推翻長期持有的生物學(xué)假設(shè) 已有3人參與
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最近，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院（HMS）的研究人員，開發(fā)出一種數(shù)學(xué)工具，可以準(zhǔn)確地描述發(fā)育早期階段青蛙胚胎中的蛋白質(zhì)數(shù)量。該工具還可以確定，哪些蛋白質(zhì)是受精時(shí)出現(xiàn)的，哪些蛋白質(zhì)是后來由胚胎本身產(chǎn)生的。這些研究結(jié)果最近發(fā)表在《Developmental Cell》。延伸閱讀：Nature子刊解決長期發(fā)育學(xué)謎題。 本文第一作者、HMS系統(tǒng)生物學(xué)講師Leonid Peshkin指出：“我們首次能夠解密胚胎的所謂的蛋白質(zhì)經(jīng)濟(jì)（蛋白質(zhì)組）。” 更重要的是，研究人員獲得了一個(gè)“與許多科學(xué)家長期持有的假設(shè)相反”的結(jié)果，即，信使RNA在細(xì)胞中的表達(dá)水平，可以用作蛋白質(zhì)水平的一個(gè)衡量。起初，這個(gè)概念似乎是合理的。如果RNA產(chǎn)生蛋白質(zhì)，那么細(xì)胞中高水平的RNA水平，則表明高水平的蛋白質(zhì)，反之亦然。然而Peshkin和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)假設(shè)往往是錯(cuò)誤的。 當(dāng)Peshkin考慮發(fā)育胚胎中的蛋白質(zhì)分配問題時(shí)，他將此比作一場宴會。如果你邀請了一大群人，你不想提前幾天準(zhǔn)備好一切，因?yàn)闆]有人喜歡吃一個(gè)星期的沙拉。你也不想當(dāng)人們出現(xiàn)時(shí)才開始準(zhǔn)備食物，特別是，烤肉需要腌七個(gè)小時(shí)。這兩個(gè)極端都會浪費(fèi)精力。很顯然，正確的做法是，事先準(zhǔn)備與現(xiàn)場需要做的工作，實(shí)現(xiàn)很好的平衡。訣竅是決定這種平衡。 對于蛋白質(zhì)分配也是如此。一些蛋白質(zhì)在受精的那一刻存入胚胎中，而另一些則是在胚胎生長時(shí)根據(jù)需要生產(chǎn)的。對于生物學(xué)家來說，了解這個(gè)過程的動力學(xué)，是理解基本發(fā)育生物學(xué)的關(guān)鍵。 傳統(tǒng)上，研究人員使用RNA表達(dá)水平來評估蛋白質(zhì)水平。Peshkin決定檢測這種方法。他和他的同事們確定了青蛙胚胎中的10000個(gè)基因，并用質(zhì)譜儀測量了整個(gè)發(fā)育過程中它們后來編碼的所有蛋白的水平。然后，他們將這些測量值與在同一時(shí)期的RNA表達(dá)水平進(jìn)行了比較。 然后Peshkin重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，這一次只測量受精那一刻的蛋白質(zhì)水平，不包括整個(gè)發(fā)育過程中的蛋白質(zhì)數(shù)量。他將這個(gè)數(shù)據(jù)，包括RNA表達(dá)水平，輸入一個(gè)預(yù)測性算法。該算法對來自這兩個(gè)數(shù)據(jù)集的信息進(jìn)行運(yùn)算，然后確定早期發(fā)育每個(gè)階段的蛋白質(zhì)數(shù)量。 Peshkin發(fā)現(xiàn)，如果僅僅使用RNA表達(dá)作為蛋白質(zhì)數(shù)量的衡量——研究人員長期持有的約定，大部分時(shí)間，研究結(jié)果將是不準(zhǔn)確的，尤其是在蛋白質(zhì)快速產(chǎn)生和快速降解的情況下。另一方面，他的預(yù)測算法，在大部分時(shí)間是準(zhǔn)確的。 令人吃驚的是，他和他的同事們發(fā)現(xiàn)，許多蛋白質(zhì)——對于以后的器官功能至關(guān)重要，被儲存在卵母細(xì)胞中（即使它受精之前）。這個(gè)原因是意想不到的，因?yàn)樵S多這些蛋白質(zhì)是組織特異性的，不僅在受精卵中沒有用途，而且如果它們使用得太早，可能對胚胎是有毒的。 Peshkin將調(diào)查的下一個(gè)問題是，卵子如何設(shè)法抑制這些蛋白質(zhì)。本文簡要地提及到了翻譯后蛋白質(zhì)修飾（例如，磷酸化）在胚胎發(fā)育中的作用和動力學(xué)。但這些觀察結(jié)果只是冰山一角。 他沉思，這通常是生物醫(yī)學(xué)研究的案例。新發(fā)現(xiàn)往往導(dǎo)致進(jìn)一步的問題。他說：“在實(shí)驗(yàn)室里這是一個(gè)笑話。通常，標(biāo)題是，‘前所未有的大型數(shù)據(jù)集，揭示了生物學(xué)中我們不了解的新深度’。” 現(xiàn)在，對于研究感興趣的特定蛋白的科學(xué)家來說，該工具是可以在線獲取的。 |
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