Новый веб-инструмент позволяет исследовать динамику белков в эмбриогенезе

Исследователи из Гарвардской медицинской школы создали математический инструмент, который может точно определить количество белков в эмбрионе лягушки на ранних стадиях развития. Он также может установить, какие белки присутствовали при оплодотворении, а какие были созданы позже самим эмбрионом.

«Впервые мы можем расшифровать так называемую белковую экономику развивающегося эмбриона», — заявил Леонид Пешкин, лектор по системной биологии в HMS.

Более того, исследователи пришли к выводу, который противоречит давнему предположению многих учёных: что уровни экспрессии матричной РНК (mRNA) в клетке можно использовать в качестве показателя уровней белка. Команда Пешкина обнаружила, что это предположение чаще всего было результатом ложной эквивалентности.

Эти результаты недавно были опубликованы в Developmental Cell.

Традиционно исследователи использовали уровни экспрессии РНК для оценки уровней белка. Пешкин решил проверить этот подход.

Он и его коллеги идентифицировали 10 000 генов в эмбрионе лягушки и измерили уровни всех соответствующих белков на протяжении развития с помощью масс-спектрометра. Затем они сравнили эти измерения с уровнями экспрессии РНК за тот же период.

Затем Пешкин повторил эксперимент, на этот раз измерив уровни белка только в момент оплодотворения и исключив данные о количестве белков в процессе развития. Эти данные, включая уровни экспрессии РНК, были загружены в прогностический алгоритм. Алгоритм обработал информацию из двух наборов данных и определил количество белков на каждой стадии раннего развития.

Пешкин обнаружил, что если использовать только экспрессию РНК в качестве показателя количества белка — давняя традиция среди исследователей — результаты будут неточными в большинстве случаев, особенно когда белки быстро создаются и так же быстро утилизируются. Его прогностический алгоритм, напротив, был точен в большинстве случаев.

К его удивлению, многие белки, важные для функции органов на поздних стадиях, запасаются в ооците ещё до его оплодотворения. Это неожиданно, поскольку многие из этих белков тканеспецифичны, не только не имеют цели в оплодотворённой яйцеклетке, но и могут быть токсичны для эмбриона, если используются слишком рано.

Следующий вопрос, который будет исследовать Пешкин, — как яйцеклетка удерживает эти белки под контролем. В статье кратко рассматривается роль и динамика посттрансляционных модификаций белков, например, фосфорилирования, в эмбриональном развитии. Но эти наблюдения — лишь верхушка айсберга.

Инструмент теперь доступен онлайн для исследователей, чтобы изучать интересующие их конкретные белки.