Trong một nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu của Yale đã so sánh các proteome của tế bào da từ 11 loài động vật có vú, theo họ, điều này sẽ giúp các nhà khoa học hiểu được các động cơ phân tử của đa dạng sinh học và các yếu tố này đã phát triển như thế nào theo thời gian.
Để hiểu rõ hơn điều gì thúc đẩy sự đa dạng sinh học trên Trái đất, trước đây các nhà khoa học đã xem xét sự khác biệt về gen giữa các loài. Nhưng điều này chỉ cung cấp một phần của bức tranh. Các tính trạng của một loài cụ thể không chỉ là kết quả của các gen của nó mà còn là các protein mà các gen đó mã hóa. Do đó, hiểu sự khác biệt giữa các proteome của các loài - hoặc tất cả các protein có thể được biểu hiện - cũng quan trọng như hiểu sự khác biệt giữa các bộ gen.
Trong một nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu của Yale đã so sánh các protein của tế bào da từ 11 loài động vật có vú, theo họ, điều này sẽ giúp các nhà khoa học hiểu được các động cơ phân tử của đa dạng sinh học và các yếu tố này đã phát triển như thế nào theo thời gian.
Họ phát hiện ra rằng trong khi nhiều loại protein có thể thay đổi tương tự nhau giữa các loài và trong số các loài, một số lại biến đổi nhiều hơn giữa các loài, cung cấp manh mối về loại protein nào có thể quan trọng hơn trong quá trình tiến hóa của động vật có vú. Công trình này cũng có thể giúp các nhà nghiên cứu hiểu tại sao một số loài có khả năng chống lại bệnh ung thư cao hơn.
Phát hiện của họ đã được công bố vào ngày 9 tháng 9 trên tạp chí Science Advances .
Günter Wagner, Giáo sư danh dự của Alison Richard về Sinh thái học và Sinh học Tiến hóa cho biết: “Để hiểu được sự đa dạng sinh học, cùng với việc biết DNA khác nhau giữa các loài như thế nào, bạn cũng có thể muốn biết các loài cư xử, phát triển và trông khác nhau như thế nào. .
Và những thuộc tính này - hình dáng, hành vi và phát triển của một loài - được cho là có liên quan mật thiết đến mức protein hơn là DNA, Yansheng Liu, phó giáo sư dược học tại Trường Y Yale, giải thích.
Tuy nhiên, việc so sánh số lượng protein giữa các loài là rất khó vì công nghệ để thực hiện các phân tích quy mô lớn vẫn chưa tồn tại. Nhưng Liu đã áp dụng một phương pháp được gọi là khối phổ thu không phụ thuộc vào dữ liệu mà hiện nay cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện loại công việc này.
Wagner nói: “Đó là một bước đột phá về khái niệm và kỹ thuật cho phép chúng tôi làm việc ở cấp độ cao hơn, phù hợp hơn về mặt chức năng.
Liu là thành viên của Viện Sinh học Ung thư Yale và Wagner là thành viên của Viện Sinh học Hệ thống, cả hai đều nằm ở Cơ sở phía Tây của Yale. Chính tại đó, trong một hội nghị chuyên đề về hệ thống sinh học ung thư mà cả hai cùng tham dự, sự hợp tác của họ đã bắt đầu.
Đối với nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã định lượng tất cả các protein được biểu hiện trong tế bào da của 11 loài động vật có vú: thỏ, chuột, khỉ, người, cừu, bò, lợn, chó, mèo, ngựa và ô mai.
Phân tích, họ tìm thấy, cung cấp thông tin mà không thể có được thông qua các kỹ thuật khác. Ví dụ, trong khi nghiên cứu trước đây đã xem xét sự khác biệt trong mRNA - vật liệu di truyền được sử dụng để tạo ra protein - họ nhận thấy rằng các protein đo lường cung cấp thông tin bổ sung mà không thể thu thập được bằng cách phân tích mRNA một mình, vì mRNA chỉ là một thước đo gián tiếp lượng protein dồi dào.
Một sợi mRNA mang mã để tạo ra một protein. Và trong khi các protein đơn lẻ có thể có một chức năng cụ thể, các protein cũng có thể tương tác với nhau và hoạt động như các nhóm, Liu giải thích. Chỉ nhìn vào mRNA sẽ không cung cấp thông tin đó.
Liu cho biết: “Chúng tôi nhận thấy rằng, đặc biệt đối với một số lớp protein nhất định, mối quan hệ của protein với mRNA là rất thấp. "Điều đó có nghĩa là chỉ riêng hồ sơ mRNA sẽ gây hiểu nhầm."
(adv)
Sau đó, nhóm nghiên cứu đã xem xét sự biến đổi protein giữa các loài và giữa các cá thể trong cùng một loài, phát hiện ra rằng đối với hầu hết các loại protein, mức độ thay đổi nhiều hơn giữa các cá thể cũng thay đổi nhiều hơn giữa các loài. Nhưng có một số protein không phù hợp với xu hướng đó. Ví dụ, các protein liên quan đến sự phân chia tế bào và chuyển hóa RNA thường thay đổi giữa các loài hơn là giữa các cá thể của một loài (trong trường hợp này là con người). Các nhà nghiên cứu cho biết, điều này cho thấy những chức năng đó đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình tiến hóa của động vật có vú.
Wagner nói: “Sự khác biệt giữa các loài so với giữa các cá thể là rất thú vị theo quan điểm tiến hóa. "So sánh cả hai cho chúng ta một ý tưởng về mức độ dung nạp biến dị trong một loài và chúng ta có thể sử dụng thông tin đó để dự đoán khả năng tiến hóa."
Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã so sánh hệ thống loại bỏ protein giữa các loài. Có hai hệ thống chính chịu trách nhiệm loại bỏ protein trong tế bào, và họ phát hiện ra rằng một hệ thống giống nhau giữa các loài trong khi hệ thống kia biểu hiện khá nhiều sự khác biệt giữa các loài động vật có vú khác nhau.
Sự luân chuyển protein này quyết định một tế bào có thể thay đổi trạng thái nhanh như thế nào, Wagner nói thêm. Ông nói: “Nếu một tín hiệu mới đến, tế bào cần loại bỏ các protein cần thiết cho trạng thái trước đó và tạo ra các protein mới.
Và trạng thái thay đổi tế bào có thể liên quan đến ung thư nhanh như thế nào.
Wagner nói: “Các tế bào khỏe mạnh có thể bị ảnh hưởng bởi các tế bào ung thư lân cận. "Điều quan trọng là phải hiểu liệu tốc độ luân chuyển protein có liên quan đến mức độ phản ứng của tế bào đối với ảnh hưởng của tế bào khối u hay không. thay đổi trạng thái và ít nhạy cảm hơn với các tín hiệu từ tế bào ung thư. "
Các nhà nghiên cứu cho biết, việc tìm hiểu tính dễ bị tổn thương do ung thư chỉ là một ứng dụng tiềm năng của công trình này. Ví dụ, chúng có thể bắt đầu tương quan sự khác biệt về protein với bất kỳ đặc điểm nào khác khác nhau giữa các loài, Liu nói.
Protein có thể bị biến đổi hóa học, xảy ra khi các phân tử khác gắn vào một protein và kích hoạt hoặc vô hiệu hóa nó. Và những thay đổi này góp phần tạo ra các đặc điểm khác biệt giữa và trong các loài vì chúng đóng vai trò chính ảnh hưởng đến chức năng của protein. Các nhà nghiên cứu đã đánh giá một loại thay đổi trong nghiên cứu này, quá trình phosphoryl hóa, tìm ra các biến thể về mức độ phosphoryl hóa, phần lớn, không liên quan đến các biến thể về sự phong phú của protein, cung cấp một lớp hiểu biết khác về những gì thúc đẩy sự đa dạng sinh học. Các nhà nghiên cứu sẽ tiếp tục đánh giá các sửa đổi khác trong công việc trong tương lai.
Liu nói: “Nó sẽ cung cấp một bức tranh đầy đủ hơn, và nói thêm rằng sự khác biệt sinh học giữa các loài và các cá thể là yếu tố định hình sự đa dạng sinh học trên Trái đất. "Việc đo lường sự khác biệt trong cả protein và protein biến đổi giữa các loài sẽ nâng cao hiểu biết của chúng ta về đa dạng sinh học ở cấp độ phân tử."
Nguồn Đại học Yale
