Корни биоразнообразия: как белки различаются у разных видов

Чтобы понять движущие силы биологического разнообразия, учёные традиционно изучали генетические различия между видами. Но это лишь часть картины. Признаки вида определяются не только генами, но и кодируемыми ими белками. Поэтому понимание различий между протеомами видов — всеми возможными к экспрессии белками — так же важно, как и различий между геномами.

В новом исследовании учёные из Йельского университета сравнили протеомы клеток кожи 11 видов млекопитающих. Это поможет понять молекулярные движущие силы биоразнообразия и их эволюцию.

Они обнаружили, что хотя многие белки одинаково вариабельны как между видами, так и внутри них, некоторые белки более вариабельны именно между видами. Это даёт ключ к пониманию того, какие белки могли играть более важную роль в эволюции млекопитающих. Работа также может помочь понять, почему некоторые виды более устойчивы к раку.

Результаты опубликованы 9 сентября в Science Advances.

Сравнивать количество белков между видами было сложно из-за отсутствия технологий для крупномасштабного анализа. В этом исследовании был применён метод масс-спектрометрии с независимым от данных приобретением (data-independent acquisition mass spectrometry), позволивший провести такую работу.

Исследователи количественно определили все белки, экспрессируемые в клетках кожи 11 видов: кролика, крысы, обезьяны, человека, овцы, коровы, свиньи, собаки, кошки, лошади и опоссума.

Анализ показал, что измерение белков даёт дополнительную информацию, которую нельзя получить, анализируя только mRNA (косвенную меру количества белка). Для определённых классов белков связь между белком и mRNA очень низка, что делает профиль mRNA вводящим в заблуждение.

Команда изучила вариабельность белков как между видами, так и между особями одного вида. Для большинства белков уровни, более вариабельные между особями, были также более вариабельны между видами. Однако некоторые белки выбивались из этой тенденции. Например, белки, связанные с делением клеток и метаболизмом RNA, были более вариабельны между видами, чем между особями людей. Это говорит об особой важности этих функций в эволюции млекопитающих.

Кроме того, учёные сравнили системы удаления белков (протеолиз) у разных видов. Одна из двух основных систем была сходна у всех видов, а другая показала значительные вариации. Скорость обновления белков определяет, как быстро клетка может изменить своё состояние, что может быть важно для понимания рака. Возможно, виды, более устойчивые к раку (например, копытные), имеют клетки, менее способные менять состояние и менее восприимчивые к сигналам от раковых клеток.

Исследователи также оценили один тип химической модификации белков — фосфорилирование. Вариации в уровнях фосфорилирования в основном не были связаны с вариациями в количестве белка, что добавляет ещё один уровень понимания движущих сил биоразнообразия. В будущей работе планируется изучить и другие модификации.

Измерение различий в белках и модифицированных белках между видами углубит наше понимание биоразнообразия на молекулярном уровне.