映射身体,一个点一个点

时间:2020-02-23 17:30 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

映射身体,一个点一个点

PNNL的化学家、生物学家和数据分析师们合作,创造了迄今为止对蛋白质群体最深入的肖像之一。

哪一个组织享有第一个拥有蛋白质组的多细胞器官的地位呢?

这一荣誉属于卑微的老鼠子宫,这是一个直径不到几毫米的小器官,它使老鼠的生殖成为可能。

这个由生物化学家Kristin burnumn - johnson领导的研究小组,收集了大量关于组织蛋白的前所未有的信息,然后将大量数据转换成老鼠子宫中蛋白含量的详细描述。

虽然这是对老鼠研究的一小步,但对理解蛋白质,生物有机体的分子机器,却是一大步。

这项研究发表在2020年1月7日的《自然通讯》杂志上。共同第一作者是Paul Piehowski和Ying Zhu。其他PNNL的作者有丽莎·布拉默、凯利·斯特拉顿、赵睿、丹尼尔·奥顿、罗纳德·摩尔、休·米切尔、高玉倩、鲍比-乔·韦伯-罗伯逊、瑞恩·凯利和伯纳姆·约翰逊。

蛋白质组学景观

这项研究是为了更好地了解蛋白质的全球努力的一部分,蛋白质在分子世界中非常重要。在细胞层面上,它们主要决定细胞的生死;更广泛地说,他们可以确定,例如,为什么一个人得了癌症,而另一个人没有,或者为什么一些脑细胞死于帕金森病,而另一些却在茁壮成长。

但是,科学家们需要对蛋白质的表达和活动进行深入的了解来改善环境或帮助人们,这往往是难以实现的。

要理解研究人员面临的挑战,可以考虑机场的数百名员工:飞行员、行李搬运工、安检人员、班车司机、厨师、机械师等等。有的在跑道上活跃,有的在厨房忙碌,有的在休息,有的在休息室放松。

在低分辨率的情况下,一名分析人员可能只会发现机场有2000人。但是,有了更多的知识,分析师可能能够识别出哪些类型的员工在厨房里很活跃,哪些人在跑道上很忙,以及究竟是谁在驾驶飞机。也许人们转动方向盘驾驶着航天飞机,而人们操纵着巨大的管道为飞机加油。如果出了问题,这些知识是无价的——例如,如果行李没有到达目的地,或者在跑道上发生碰撞,谁来负责。

现在,把每个员工想象成一个蛋白质,乘以1000,把所有的活动浓缩成一个小点,你就能看到科学家想要解开的行动——在每个有机体的每一个组织里。科学家们需要确切地知道哪些分子在何时何地处于活跃状态。简单地观察一个更大的身体的状况——例如,一个人身体不好——通常是没有多大帮助的。为了帮助人们,治愈疾病,或者改善环境,科学家需要非常详细地了解一个有机体的蛋白质组学结构。

这就是太平洋中立国实验室小组着手做的事情。在《自然通讯》的研究中,研究小组分析了怀孕老鼠的子宫组织,测量了微小组织片段中的蛋白质含量。

第一步是在朱和凯利(现就职于杨百翰大学)之前工作的基础上,从一个微小的液体样本中检测数百种蛋白质。该团队专注于组织的微小区域,即体素,每个区域长100微米,宽100微米,厚10微米。该团队使用自动的PNNL技术,即纳米技术——在一个容器中处理微量样本的纳米液滴——从每个体素中提取和消化蛋白质,只需200纳米的液体,然后使用质谱法测量每个样本中超过2000个蛋白质的水平。

为了帮助解释数据,该团队使用了Bramer、Stratton和Webb-Robertson,他们是将大量数据聚合和分析成可以更容易、更准确地解释的形式的专家。他们利用PNNL开发的用于数据可视化和管理的开源平台Trelliscope,把成堆的数字转换成蛋白质丰富度的图像。

为了证明这项技术在生物学和临床上的应用潜力,研究小组绘制了胚胎植入前小鼠子宫组织切片独特的细胞微环境中蛋白质的分子分布。

结果呢?研究小组显示,其蛋白质数据的视觉表现与已知的老鼠子宫解剖结构相吻合。子宫腔内的上皮细胞是第一个直接接触早期胚胎的细胞;支持胚胎在怀孕早期生长的基质细胞;其他细胞称为分散的腺上皮细胞。该团队的测量还在相同的细胞群中区分了独特的组织微环境。

研究小组的组织图传达了一些重要的信息,这些信息对于准确地理解有机体中正在发生的事情很重要。这就像一个团队收集有关天气的数据——降雪量、温度、湿度等等——并绘制美国地图,精确地定位山脉、河流和其他地理特征,而不是简单地关注州界。

“我们可以研究一块组织,看看里面有什么,并测量蛋白质在细胞类型和微环境中的变化,”Burnum-Johnson说。“这比简单地观察一大块组织,对它进行处理,然后看看现在有什么更能说明问题。”

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