哈佛研究推翻長期持有的生物學假設

　　最近，哈佛大學醫學院（HMS）的研究人員，開發出一種數學工具，可以準確地描述發育早期階段青蛙胚胎中的蛋白質數量。該工具還可以確定，哪些蛋白質是受精時出現的，哪些蛋白質是后來由胚胎本身產生的。這些研究結果最近發表在《Developmental Cell》。

　　本文第一作者、HMS系統生物學講師Leonid Peshkin指出：“我們首次能夠解密胚胎的所謂的蛋白質經濟（蛋白質組）。”

　　更重要的是，研究人員獲得了一個“與許多科學家長期持有的假設相反”的結果，即，信使RNA在細胞中的表達水平，可以用作蛋白質水平的一個衡量。起初，這個概念似乎是合理的。如果RNA產生蛋白質，那么細胞中高水平的RNA水平，則表明高水平的蛋白質，反之亦然。然而Peshkin和他的團隊發現，這個假設往往是錯誤的。

　　當Peshkin考慮發育胚胎中的蛋白質分配問題時，他將此比作一場宴會。如果你邀請了一大群人，你不想提前幾天準備好一切，因為沒有人喜歡吃一個星期的沙拉。你也不想當人們出現時才開始準備食物，特別是，烤肉需要腌七個小時。這兩個極端都會浪費精力。很顯然，正確的做法是，事先準備與現場需要做的工作，實現很好的平衡。訣竅是決定這種平衡。

　　對于蛋白質分配也是如此。一些蛋白質在受精的那一刻存入胚胎中，而另一些則是在胚胎生長時根據需要生產的。對于生物學家來說，了解這個過程的動力學，是理解基本發育生物學的關鍵。

　　傳統上，研究人員使用RNA表達水平來評估蛋白質水平。Peshkin決定檢測這種方法。他和他的同事們確定了青蛙胚胎中的10000個基因，并用質譜儀測量了整個發育過程中它們后來編碼的所有蛋白的水平。然后，他們將這些測量值與在同一時期的RNA表達水平進行了比較。

　　然后Peshkin重復這個實驗，這一次只測量受精那一刻的蛋白質水平，不包括整個發育過程中的蛋白質數量。他將這個數據，包括RNA表達水平，輸入一個預測性算法。該算法對來自這兩個數據集的信息進行運算，然后確定早期發育每個階段的蛋白質數量。

　　Peshkin發現，如果僅僅使用RNA表達作為蛋白質數量的衡量——研究人員長期持有的約定，大部分時間，研究結果將是不準確的，尤其是在蛋白質快速產生和快速降解的情況下。另一方面，他的預測算法，在大部分時間是準確的。

　　令人吃驚的是，他和他的同事們發現，許多蛋白質——對于以后的器官功能至關重要，被儲存在卵母細胞中（即使它受精之前）。這個原因是意想不到的，因為許多這些蛋白質是組織特異性的，不僅在受精卵中沒有用途，而且如果它們使用得太早，可能對胚胎是有毒的。

　　Peshkin將調查的下一個問題是，卵子如何設法抑制這些蛋白質。本文簡要地提及到了翻譯后蛋白質修飾（例如，磷酸化）在胚胎發育中的作用和動力學。但這些觀察結果只是冰山一角。

　　他沉思，這通常是生物醫學研究的案例。新發現往往導致進一步的問題。他說：“在實驗室里這是一個笑話。通常，標題是，‘前所未有的大型數據集，揭示了生物學中我們不了解的新深度’。”

　　現在，對于研究感興趣的特定蛋白的科學家來說，該工具是可以在線獲取的。