哈佛研究推翻长期持有的生物学假设
最近，哈佛大学医学院（HMS）的研究人员，开发出一种数学工具，可以准确地描述发育早期阶段青蛙胚胎中的蛋白质数量。该工具还可以确定，哪些蛋白质是受精时出现的，哪些蛋白质是后来由胚胎本身产生的。这些研究结果最近发表在《Developmental Cell》。
本文第一作者、HMS系统生物学讲师Leonid Peshkin指出：“我们首次能够解密胚胎的所谓的蛋白质经济（蛋白质组）。”
更重要的是，研究人员获得了一个“与许多科学家长期持有的假设相反”的结果，即，信使RNA在细胞中的表达水平，可以用作蛋白质水平的一个衡量。起初，这个概念似乎是合理的。如果RNA产生蛋白质，那么细胞中高水平的RNA水平，则表明高水平的蛋白质，反之亦然。然而Peshkin和他的团队发现，这个假设往往是错误的。
当Peshkin考虑发育胚胎中的蛋白质分配问题时，他将此比作一场宴会。如果你邀请了一大群人，你不想提前几天准备好一切，因为没有人喜欢吃一个星期的沙拉。你也不想当人们出现时才开始准备食物，特别是，烤肉需要腌七个小时。这两个极端都会浪费精力。很显然，正确的做法是，事先准备与现场需要做的工作，实现很好的平衡。诀窍是决定这种平衡。
对于蛋白质分配也是如此。一些蛋白质在受精的那一刻存入胚胎中，而另一些则是在胚胎生长时根据需要生产的。对于生物学家来说，了解这个过程的动力学，是理解基本发育生物学的关键。
传统上，研究人员使用RNA表达水平来评估蛋白质水平。Peshkin决定检测这种方法。他和他的同事们确定了青蛙胚胎中的10000个基因，并用质谱仪测量了整个发育过程中它们后来编码的所有蛋白的水平。然后，他们将这些测量值与在同一时期的RNA表达水平进行了比较。
然后Peshkin重复这个实验，这一次只测量受精那一刻的蛋白质水平，不包括整个发育过程中的蛋白质数量。他将这个数据，包括RNA表达水平，输入一个预测性算法。该算法对来自这两个数据集的信息进行运算，然后确定早期发育每个阶段的蛋白质数量。
Peshkin发现，如果仅仅使用RNA表达作为蛋白质数量的衡量——研究人员长期持有的约定，大部分时间，研究结果将是不准确的，尤其是在蛋白质快速产生和快速降解的情况下。另一方面，他的预测算法，在大部分时间是准确的。
令人吃惊的是，他和他的同事们发现，许多蛋白质——对于以后的器官功能至关重要，被储存在卵母细胞中（即使它受精之前）。这个原因是意想不到的，因为许多这些蛋白质是组织特异性的，不仅在受精卵中没有用途，而且如果它们使用得太早，可能对胚胎是有毒的。
Peshkin将调查的下一个问题是，卵子如何设法抑制这些蛋白质。本文简要地提及到了翻译后蛋白质修饰（例如，磷酸化）在胚胎发育中的作用和动力学。但这些观察结果只是冰山一角。
他沉思，这通常是生物医学研究的案例。新发现往往导致进一步的问题。他说：“在实验室里这是一个笑话。通常，标题是，‘前所未有的大型数据集，揭示了生物学中我们不了解的新深度’。”
现在，对于研究感兴趣的特定蛋白的科学家来说，该工具是可以在线获取的。
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