酵母敲除剥离了细胞蛋白功能的秘密

蛋白质是生命的锤子和钳子，在生物学中发生的大多数事情中都具有基本作用。但是生物学家仍然不知道成千上万的蛋白质是做什么的，以及它们的存在与否如何影响细胞。知识黑洞延伸到线粒体，线粒体是细胞的能量机器，它在150多种疾病中蹒跚而行，包括癌症，糖尿病，帕金森症和许多遗传性疾病。

为了填补线粒体的空白，威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员在酵母中逐一删除了174个基因。然后，他们对酵母进行了高强度质谱分析，以测量数千种代谢产物的前所未有的细节，包括蛋白质，称为代谢物的中间化学物质和脂质。

在最新一期的自然生物技术中，威斯康星大学麦迪逊生物分子化学教授Joshua Coon和威斯康星大学Morgridge研究所新陈代谢研究主任David Pagliarini报告了对单个基因删除效果的综合分析。

该研究发现七种基因在制备辅酶Q(CoQ)，这是一种对线粒体能量代谢至关重要的分子。

在复杂分析中，使用多种类型的数据是常见的。例如，要了解车祸，人们可能需要有关天气，汽车和交通工程的数据，以及因分心或毒品导致的驾驶员损伤。

在生物学方面，当Coon的专业高速质谱与创新方法结合处理数据级联时，细胞生物化学的综合数据出现，在新研究中达到近两千千兆字节。

基因模式蛋白质。“要准确了解这些基因和蛋白质的作用，”Coon说，“我们研究了不能制造蛋白质的细胞，使用能够以惊人的速度和准确度测量化合物的新型科学仪器。” Coon说，这项研究提供了甚至五年前所没有的详细信息。“改进的质谱技术和方法缩短了分析酵母样品中所有蛋白质的时间，从4小时到1小时。我很兴奋，我去了Dave并说，'我们可以分析1000个样品中的蛋白质产量1000小时。你有什么大事吗?'“

Pagliarini的团队对能量处理线粒体，特别是与之相关的神秘蛋白质充满热情。Pagliarini说，研究人员通过去除线粒体所有主要功能部分中编码蛋白质的基因开始了这项研究。“如果我们逐一淘汰各种已知功能的基因，并使用Josh小组开发的技术分析蛋白质，代谢物和脂质，这些数据为每种蛋白质的作用提供了”特征“。如果我们在另一种缺失不同功能的蛋白质的菌株上重复这一过程，我们可以将其特征与其他蛋白质进行比较，并开始弄清楚蛋白质在做什么。“

Coon说，大量的数据呈现出“我们不得不跨越的信息挑战”。“研究联合主要作者，研究生Nicholas Kwiecien创建了一个网站，以更容易理解的方式呈现这些数据。”

Coon说，Kwiecien和Pagliarini的研究生Jonathan Stefely是另一位合作的主要作者。“乔恩会说'我希望能够看到这一点'，而尼克会想出如何实现这一目标。我们跟进的很多线索都是通过他们弄清楚如何一起工作的过程产生的。 “

出现的一些最强的线索涉及CoQ，它通常缺乏线粒体疾病，导致从简单的肌肉疼痛到严重的多系统问题。

Pagliarini的研究小组进行了生化实验，以跟进一项基因 - 蛋白质组合对于生产CoQ至关重要的建议。“大规模的数据收集表明，一种菌株未能成为CoQ所需的关键代谢物，因此我们提供了该代谢物并通过实验修复了敲除酵母中的CoQ缺陷，”Pagliarini说。“因此，我们从大规模，大规模驱动的分析到生物化学，并得到了整个故事。这将是教科书中的一个新步骤。它已被锁定。现在我们更好地理解了这条路径，也许我们可以想象如何避免这种短缺，以帮助某些患者。“

“我们不能保证这一点，”Coon补充道，“但我们可以保证，在我们通过这次大规模分析发现它之前，没有人会看过那个基因。”

除了与CoQ相关的七个基因之外，“我们正在进行的分析已经导致了大约20个额外的蛋白质功能预测，每个都可以成为论文项目，”Pagliarini说。“我们现在可以开始定义这些疾病相关蛋白的功能，我们目前很少或根本没有理解。”

Pagliarini补充说，该研究不是一次一个地探索蛋白质，而是显示了数百人观察它们的功效。

“这种结果证明了大学和莫格里奇研究所对尖端技术进行投资的智慧，”库恩说。“最新的技术可以加速生物发现。如果有人来找我们想要在这个细节水平上看十几种酵母菌，两年前需要一个月。现在需要一天。科学已经受益，我们相信患者也会受益。“