第一次蛋白组综合分析：动物在发育过程中的蛋白质变化

[AD340X300]Carnegie Mellon University的科学家第一次对动物不同发育阶段的蛋白质变化情况进行蛋白组综合分析（comprehensive proteome analysis），得到的结果令人吃惊，将可能令科学家重新审视原有的关于蛋白质如何组织胚胎发育过程中的关键步骤的设想。这些发现在将来的某一天可能提供一种灵敏的检测方法来检测药物或者环境中的化学因子如何影响特定的蛋白质网并损害发育。

长期以来的假设是：发育过程的一个关键生长步骤中，细胞转化相关的几个特定蛋白质在细胞群改变形态前激活。研究实际观察到的刚好相反。这个发表在Development杂志上的研究结果显示，许多种不同种类的蛋白质都参与了这个过程，特定细胞群开始改变形态实际上是提前为细胞的转化做准备。

研究人员仔细研究了果蝇（Drosophila melanogaster）胚胎的整个蛋白组。他们比较了果蝇发育的3个阶段的蛋白组，以期了解当部分细胞折叠形成特定包括神经、免疫系统肌肉等结构时蛋白组究竟发生了怎样的变化。这个被称为原肠胚形成（gastrulation）的阶段正是从昆虫到人类的所有动物必经的一个关键的生长步骤。在原肠胚形成的过程中一个称为腹裂沟形成（ventral furrow formation）的过程，沿着果蝇下部的柱型细胞变成椎型，使得他们开始向胚胎内部生长。

在这个蛋白组分析中，科学家们发现许多种类的蛋白的丰度在原肠胚形成之前就发生了显著变化，包括调控代谢、蛋白产生、蛋白分解，细胞骨架的形成等等相关蛋白。此前的遗传学研究只提供了有限的基因调控腹裂沟细胞分化信号传导通路的信息，而没有提供这些变化如何协同发生的。研究结果证实腹裂沟的形成是一个涉及几乎所有细胞进程的复杂过程。研究人员同时发现只有一个蛋白质是正好在细胞发生形态改变的时刻被活化的，这个蛋白是一个负责降解蛋白质的复杂的细胞器――蛋白酶体（proteosome）的部分。结果提示在腹裂沟中的细胞开始改变形态前细胞开始降解部分蛋白，例如细胞骨架蛋白而防止细胞形成柱型结构。

为证实在ventral furrow形成的过程中蛋白的变化对发育进程是关键的，研究人员采用RNA干扰技术（RNA interference）降低特定基因的表达从而改变蛋白质丰度，则ventral furrow无法形成。

为了比较发育不同阶段蛋白质种类和丰度的变化，研究人员是采用Amersham公司的差异凝胶电泳（Difference Gel Electrophoresis，DIGE）技术，将两种蛋白样品用不同的荧光染料标记并一起跑电泳，通过电荷和大小来区分蛋白质，通过计算机程序分析凝胶上各种蛋白的丰度和两个样品之间的差异。

这个研究还仅仅是个起点。比较动物不同发育阶段的蛋白组之间的差异，再结合其他的研究方法将有助于揭开在发育过程或者疾病状态下蛋白组功能/相互作用网络的面纱。
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