Первая комплексная карта субклеточной локализации белков раскрывает новые детали

Первое масштабное исследование распределения белков в клетке, опубликованное сегодня в Science, показало, что значительная часть человеческих белков может находиться более чем в одной локализации внутри одной клетки.

Используя созданный в Швеции Cell Atlas, исследователи изучили пространственное распределение человеческого протеома, соответствующего большинству белков-кодирующих генов. Они с беспрецедентной детализацией описали распределение белков по различным органеллам и субструктурам мельчайшей единицы человеческого тела — клетки.

Функции органелл тесно связаны со специфическими наборами белков, поэтому знание субклеточной локализации человеческого протеома является ключевым для понимания функции и механизмов работы клетки.

Исследование возглавила Эмма Лундберг, доцент Королевского технологического института (KTH) и руководитель Центра высокопроизводительной микроскопии в SciLifeLab (Стокгольм, Швеция). Команда сгенерировала более 300 000 изображений, чтобы систематически определить пространственное распределение белков в культивируемых клеточных линиях и нанести их на карту клеточных компартментов с разрешением на уровне одной клетки.

Cell Atlas — результат более чем 10 лет исследований в рамках программы Human Protein Atlas, запущенной в декабре 2016 года. В статье в Science описан детальный анализ сотен тысяч изображений, созданных в ходе этого международного проекта с участием групп из Китая, Южной Кореи, Индии, Дании и Германии.

«Только изучая молекулярные компоненты мельчайшей функциональной единицы тела — клетки — мы можем достичь полного понимания человеческой биологии», — говорит профессор KTH Матиас Улен, директор Human Protein Atlas.

В опубликованную статью также включено сравнительное исследование, проведённое Кэтрин Лили, директором Кембриджского центра протеомики (Великобритания). Оно позволило проверить результаты анализа на основе антител и иммунофлуоресцентной микроскопии с помощью альтернативного метода картирования с использованием масс-спектрометрии.

Всего 12 003 белка, нацеленных 13 993 антителами, были классифицированы в один или несколько из 30 клеточных компартментов и субструктур, в совокупности определяющих протеом 13 основных органелл. Наибольшие протеомы были у ядра (6 930 белков) и его субструктур, а также у цитозоля (4 279 белков).

Примечательно, что около половины белков обнаруживается более чем в одном компартменте, что указывает на общий пул белков в функционально не связанных частях клетки. Это открытие проливает новый свет на сложность клеточной организации.

Cell Atlas — это открытый ресурс, который могут использовать исследователи по всему миру для изучения интересующих белков или органелл.

«Атлас позволяет проводить исследования в области системной биологии и клеточного моделирования, а также является чрезвычайно ценным ресурсом для машинного обучения в области распознавания изображений», — отмечает Эмма Лундберг.