Изменения в экспрессии генов не всегда влияют на уровень белков

Учёные из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) проверили устоявшееся предположение, что изменения уровня мРНК всегда сопровождаются соответствующими изменениями уровня кодируемых белков. Они исследовали бактерию Shewanella oneidensis MR-1, выращенную в стационарных условиях при 20% или 8.5% O₂.

Используя количественную протеомику и технологию секвенирования нового поколения RNA-Seq, учёные получили высоконадёжные данные по более чем 1000 парам «мРНК–белок». Оказалось, что изменения в экспрессии белков в ответ на разный уровень кислорода были вызваны в основном различиями в трансляционной эффективности мРНК, а не изменениями в уровне самих мРНК.

При снижении уровня кислорода 28% детектированных белков показали как минимум двукратное изменение экспрессии. Изменения на уровне транскрипции были ответственны за 26% этих изменений, изменения трансляционной эффективности — за 46%, а комбинация обоих факторов — за оставшиеся 28%.

Изменения трансляционной эффективности значимо коррелировали с паттерном кодонов в генах. Поскольку измеряемые пулы тРНК, считывающих кодоны, также менялись в ответ на изменение уровня O₂, это говорит о том, что изменения трансляционной эффективности генов частично вызваны изменениями в количестве молекул, декодирующих мРНК.

«Чтобы понять, как микробы работают вместе в сообществах, важно понимать функциональное состояние их видов-участников», — сказал доктор Стивен Уайли, ведущий автор работы, опубликованной в Integrative Biology. — «Метагеномные анализы дали важные данные о функциональном потенциале каждого вида в сообществе, но их реальные функции сильно зависят от паттерна экспрессии белков, который, в свою очередь, модулируется локальной микросредой каждой клетки».

Для анализа использовалась математическая модель стационарного состояния. Уровни мРНК определяли с помощью RNA-Seq, а количественные глобальные протеомные измерения проводили с использованием подхода «метки точной массы» (accurate mass tag, AMT), разработанного в PNNL. Многочисленные биологические и технические реплики позволили получить высококачественный и точный набор данных.

Эта работа подчёркивает необходимость включения протеомных измерений в анализ микробных систем. Интегрированный количественный подход, разработанный для определения уровня регуляции белков, закладывает основу для более детальных механистических исследований того, как клетки контролируют экспрессию белков.