当蛋白质罢工时：酵母菌落揭示了生命中一些最基本过程中隐藏的作用

一个基本的商业原则是，没有工人是不可替代的；这也适用于大多数蛋白质，我们身体的细胞工厂工人。如果我们激活一种蛋白质，即使用基因工程从我们的基因组中永久删除它，细胞可能会启动一种补偿机制，用其他蛋白质替换它。这种机制对生命的存在至关重要，但对于试图理解每种蛋白质的作用的研究人员来说，这使得事情变得极其困难

那么，如果我们强迫蛋白质突然罢工，会发生什么？细胞将没有时间定位替代物，这可能会揭示这种引人注目的蛋白质的确切作用。在发表在《细胞生物学杂志》上的一项新研究中，魏茨曼科学研究所的研究人员在酵母菌落中安装了数千台“罢工机器”，揭示了许多蛋白质所起的重要而隐蔽的作用

我们与面包酵母共享大约三分之二的基因组成。这就是为什么它是自然界中研究最多的生物之一。酵母的遗传物质包含大约6000个编码蛋白质的基因。然而，尽管进行了数十年的研究，我们仍然对其中1200种蛋白质的作用一无所知。

在他们的新研究中，魏茨曼分子遗传学系Maya Schuldiner教授实验室的研究人员试图找到这个问题的答案。他们使用一种系统实现了这一点，该系统使他们能够快速从细胞中去除蛋白质，换句话说，只需按下按钮即可迫使其罢工

该系统由三部分组成：标记研究人员想要研究的蛋白质的标签；一种破坏性蛋白质，可以降解标记的蛋白质并迫使其罢工；以及一种介体分子，没有它，罢工就不会发生

由博士生Rosario Valenti和Schuldiner实验室的Yotam David博士领导的研究小组并没有将他们的系统安装在一个基因中。相反，他们使用基因工程创建了一个完整的基因库：5170株酵母的集合，每株酵母都有一种不同的蛋白质标记为罢工

Schuldiner说：“在魏茨曼的IT基础设施部门的帮助下，我们建立了一个数字图书馆，对任何想要‘借用’这些基因菌株进行自己研究的科学家开放。”。“他们不仅可以接触到菌株本身，还可以了解迫使它们‘攻击’的影响。”

了解基因和蛋白质在酵母中的神秘作用不仅对研究单细胞生物的科学家感兴趣；这些发现也可能揭示人类细胞中许多等效的基因

Schuldiner解释说：“我们知道许多罕见遗传疾病的潜在缺陷，但当我们不知道缺陷基因的作用时，就无法治愈。”。“我们与酵母共享数百种这种神秘的蛋白质，揭示它们的作用可能是理解其中一些疾病的关键。”Schuldiner对线粒体所必需的基因特别感兴趣，线粒体是为整个细胞产生化学能的动力。科学家们已经知道，细胞中线粒体的形状和分布与其所起的作用之间存在联系。例如，当它们相互连接时，它们往往能更有效地转换能量

细胞不断忙于根据需要重塑线粒体结构，这一过程中的故障是许多疾病的原因。令人惊讶的是，调节细胞中线粒体排列的机制仅部分为人所知，对调节因子的了解甚至更少。Weizmann的研究人员利用他们的新文库发现了220个基因，这些基因的“惊人”破坏了细胞中的线粒体结构，他们确定了对维持健康的能量转换率很重要的基因

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研究人员还利用该文库研究了哪些蛋白质对细胞的生命周期至关重要，并发现了调节细胞分裂的新蛋白质。总的来说，该团队发现了数百个以前不知道对细胞存活至关重要的基因的作用。这些基因在特定的生长环境中被证明是至关重要的，但研究人员还发现了几个在任何环境中对细胞都是必不可少的基因，但直到现在才被认识到

新图书馆已经在科学界大受欢迎。Schuldiner说：“世界各地的实验室已经开始借用单个菌株，以便将他们的研究扩展到蛋白质中，而蛋白质的作用仍然是个谜。”

“正如我们在研究中所展示的那样，他们也被邀请从图书馆借阅整个部分，并用它们来研究哪些元素对特定的细胞过程很重要。我希望在未来几年，图书馆也能帮助揭开人类细胞中发生的一些过程的神秘面纱，无论是健康的还是生病的。”

魏茨曼分子遗传学系的Dunya Edilbi、Benjamin Dubreuil博士、Yeynit Asraf和Ehud Sass博士也参与了这项研究；德国哥廷根大学医学中心的Angela Boshnakovska和Peter Rehling教授；魏茨曼生命科学核心设施部的Tomer Meir Salame博士 More information: Rosario Valenti et al, A proteome-wide yeast degron collection for the dynamic study of protein function, Journal of Cell Biology (2024). DOI: 10.1083/jcb.202409050

Journal information: Journal of Cell Biology