Количество белков внутри клеток со временем колеблется, и это влияет на различные функции самих клеток. Клетки постоянно синтезируют и расщепляют белки, и исследования показали, что эти «качели» на самом деле влияют на функцию самой клетки.
Когда речь идет о стволовых клетках, постоянное изменение факторов транскрипции (белков, регулирующих экспрессию генов) имеет важные последствия для их способности дифференцироваться в зрелые клетки. Но чего мы не знаем, так это того, как синтез и расщепление белка работают вместе, чтобы регулировать эти колебания.
Лаборатория Дэвида Сутера из EPFL в сотрудничестве с командой Феликса Наефа разработала новый метод, который позволяет отличать изменения в синтезе белка от изменений в деградации белка в отдельных живых клетках. В методе, опубликованном в журнале Molecular Cell, используется флуоресцентный таймер в сочетании с флуоресцентной маркировкой с отслеживанием импульсов, которая позволяет отслеживать клеточный процесс, происходящий во времени.
Используя свой новый метод, ученые сделали два открытия. Во-первых, скорость синтеза и деградации белка значительно меняется в течение клеточного цикла, и почти половина из них перестает расщепляться во время митоза.
Второе открытие заключалось в том, что скорость деградации белка сильно различается между отдельными клетками. Эта изменчивость влияет на все белки в одинаковой степени, что свидетельствует о колебаниях активности протеасом - белковых комплексов, которые расщепляют ненужные или поврежденные белки. Примечательно, что эти различия компенсируются соответствующими изменениями скорости синтеза белка, что позволяет свести к минимуму вариабельность уровней экспрессии белка между клетками.
«Думайте об этом как о двух фабриках, - объясняет Дэвид Сутер. «Фабрика А производит много низкокачественного продукта X, что означает, что они быстро выходят из строя. Фабрика B производит меньше высококачественного продукта Y, который работает дольше».