밀리미터 길이의 Roundworm caenorhabditis elegans 약 20,000 개의 유전자가 있습니다. 물론,이 비교에서 인간만이 순환계 또는 소네트를 만들 수 있는데,이 유전자 동등성을 인간 게놈 프로젝트에서 나오는 가장 혼란스러운 통찰력 중 하나로 만든 상황입니다. 그러나 유전자 수준을 넘어서 우리의 복잡성을 설명하는 방법이 있으며, 새로운 연구가 보여 주듯이 사람들이 가정 한 것보다 훨씬 더 중요 할 수 있습니다.
오랫동안 생물 학자의 마음에는 한 가지가 상당히 견고 해 보였습니다. 게놈의 각 유전자는 하나의 단백질을 만들었습니다. 유전자의 코드는 세포로 들어가서 에너지를 생성하거나 폐기물 처분 또는 다른 필요한 작업에 관계없이 필요한 작업을 수행하는 하나의 분자의 레시피였습니다. 나중에 자신의 작업을 위해 노벨 의학 상을 수상한 두 유전학자가 1941 년 논문으로 거슬러 올라간 아이디어는“하나의 유전자, 하나의 단백질”이라는 이름이 있습니다.
.수년에 걸쳐 생물 학자들은 규칙이 그렇게 간단하지 않다는 것을 깨달았습니다. 일부 유전자는 여러 제품을 만드는 데 사용되었습니다. 유전자에서 단백질로가는 과정에서 레시피가 항상 같은 방식으로 해석되는 것은 아닙니다. 생성 된 단백질 중 일부는 다른 단백질과 조금 다르게 보였다. 그리고 때때로 그 변화는 큰 문제가되었습니다. 특정 생물 학자의 서클에서 유명한 유전자가 하나 있습니다. 하나는 세포가 자살을 강요하고 다른 하나는 과정을 막을 것입니다. 그리고 과학에 알려진 가장 극단적 인 사례 중 하나에서 단일 과일 파리 유전자는 38,000 개 이상의 다른 단백질에 대한 레시피를 제공합니다.
그러나 이것들은 극적인 사례입니다. 유전자가 여러 단백질을 만드는 것이 얼마나 흔한 지, 그리고 그 차이가 세포의 일일 기능에 얼마나 중요한지는 결코 명확하지 않았습니다. 많은 연구자들은 주어진 유전자에 의해 만든 단백질이 아마도 그들의 의무에서 크게 다르지 않을 것이라고 가정했다. 합리적인 가정입니다. 형제 단백질에 대한 많은 소규모 테스트는 그것들이 크게 달라야한다고 제안하지 않았습니다.
그러나 그것은 여전히 가정이며 테스트하는 것은 상당히 노력합니다. 연구원들은 세포에서 단백질의 기술적으로 까다로운 인벤토리를 가져 와서 수많은 테스트를 수행하여 각각의 행동을 확인해야합니다. 세포의 최근 논문에서 , 그러나 보스턴의 Dana-Farber Cancer Institute의 연구원들과 그들의 협력자들은 그러한 노력의 결과를 보여줍니다. 그들은 많은 경우에, 단일 유전자에 의해 제조 된 단백질이 완전히 다른 유전자에 의해 만든 단백질보다 그들의 행동이 더 이상 비슷하지 않다는 것을 발견했다. 형제 단백질은 종종 낯선 사람처럼 작용합니다. 세포와 인체가 어떻게 기능하는지 생각할 수있는 흥미로운 새로운 가능성을 열어주는 통찰력입니다.
단백질은 세포의 일상 사업의 대부분을 거래합니다. 예를 들어, 단백질 버킷 여단에 의해 셀에서 한 부분에서 다른 부분으로 메시지가 전송됩니다. 하나는 다른 하나에 첨부 한 다음 다른 하나를 켜면 다른 하나를 수정하여 메시지를 전달하는 일련의 변경 문자열로 정점을 수정합니다. 단백질의 특정 모양은 부착 할 수있는 것과 무엇을 할 수 있는지 결정하는 데 도움이됩니다. 다른 단백질이 고착 할 단백질을 찾는 것은 종종 세포에서의 역할을 이해하는 첫 번째 단계입니다.
Dana-Farber의 생물 학자 인 Marc Vidal은 이러한 단백질 파트너십을 대규모로 추적 한 오랜 역사를 가지고 있습니다. 그의 실험실은 많은 수의 단백질이 서로 상호 작용하는 방법과 질병이있는 사람의 상호 작용이 어떻게 변할 수 있는지보고 있습니다. 그러나 같은 유전자의 단백질이 같은 일을한다고 가정 해야하는지 확실하지 않을 때는 실망 스러울 수 있습니다. Vidal은 우리가 특정 게놈 서열을 완벽하게 이해하더라도“게놈에 의해 인코딩 된 성분에 대한 완벽한 지식은 없다”고 말했다. "그리고 그 이유는 좋은 오래된 규칙이 유지되지 않기 때문입니다."
오래된 규칙이 얼마나 자주 파괴 될 수 있는지 보려면 Vidal Lab과 공동 작업자는 약 1,500 개의 유전자로 만든 단백질 세트를 수집했습니다. 그들은 같은 유전자로부터 어떤 단백질이 왔는지 분류하여 약 500 개의 유전자가 적어도 2 개를 만들었다는 것을 발견했습니다. 그런 다음 각 단백질이 종종 세포에서 발견되는 15,000 개 이상의 다른 단백질에 부착 할 수있는 여러 시험을 실행했습니다. 마지막으로, 그들은 각 단백질의 결과를 동일한 유전자로 만든 모든 단백질과 형제 단백질의 결과와 비교했습니다. 형제 단백질은 얼마나 자주 같은 파트너에게 부착 되었습니까? 그들은 얼마나 자주하지 않았습니까?
대답은 다소 예상치 못한 일이었습니다. Dana-Farber의 과학자 인 David Hill은“이것은 매우 인상적이었습니다. 우리는 우리가 무엇을 잘못했는지 알아 내야합니다.” 그러나 결과는 prodding에 달려있었습니다. 그들은 형제 단백질 쌍의 61 %가 그들의 상호 작용을 모두 공유하지 않는다는 것을 발견했습니다. 더욱이, 모든 형제 단백질 쌍 중 5 개 중 거의 1 명은 공통점이 없었습니다. 이 팀은 데이터 세트의 단백질을 별도의 유전자로 만든 단백질과 비교하면서 많은 경우 형제 단백질의 상호 작용이 마치 전혀 관련이없는 기원을 가진 것과는 다르다는 것을 발견했습니다.
이 논문은 동일한 유전자로부터의 단백질에 대한 다른 기능이 비교적 흔하다는 것을 시사하기 때문에,이 연구에 관여하지 않은 노스 웨스턴 대학의 생물 학자 인 닐 켈러 (Neil Kelleher)는이 현상이 아마도 세포의 일상 생활에 중요하다고 말했다. "우리는 우리 신체의 세포와 조직의 복잡성이 이것으로부터 얼마나 많이 발생하는지 모른다"고 그는 말했다. 그러나 이러한 다른 단백질은 신체의 별개의 세포 유형 뒤에있는 것의 일부일 수 있습니다. 아마도 폐 세포는 하나의 단백질을 만드는 것을 선호하는 반면, 다른 단백질은 심장 세포에서 우세합니다.
일부 질병은 하나의 단백질에 뿌리가있을 수 있습니다. 예를 들어, 2014 년 논문은 특정 대체 형태의 단백질이 자폐증에 중요한 역할을 할 수 있음을 의미합니다. 또한, 새로운 연구에 따르면 연구자들이 질병의 생물학적 토대를 이해하려고 할 때 관련된 유전자를 정확히 찾아 내기에 충분하다고 가정해서는 안됩니다. 유전자가 다수의 단백질을 만드는 경우 생물 학자들은 어떤 단백질이 문제를 담당하는지 추론해야합니다.
그러나 전형적인 세포 행동을 이해하기위한 새로운 발견이 얼마나 관련이 있는지는 여전히 남아 있습니다. 켄터키 대학교의 생물학자인 스테판 스탬프 (Stefan Stamm)는이 연구가 실생활에서 정기적으로 관찰 된 모든 단백질 상호 작용이 정기적으로 발생하는지 여부를 평가하지는 않는다고 지적했다. 이전 연구는 이들 단백질 중 일부가 야생의 작은 수로만 존재한다는 것을 시사한다. 그러나 Stamm은 우리가 단백질 세계의 다양한 종류에 대해 무지하다는 데 동의합니다. "개인적으로, 나는보고되는 것보다 더 많은 [대체 버전]이 있다고 생각합니다."
힐은 팀이 다수의 단백질을 크게 만드는 것으로 알려진 유전자의 수를 상승했다고 추정했다. 그러나“이것은 여전히 빙산의 일각입니다.”라고 그는 지적했다. 이 팀은 단지 1,500 개의 유전자로 시작했습니다. 모든 인간 유전자의 절반 (절반)을 살펴보면 멀티 프테 산 유전자가 얼마나 광범위한지를 더 명확하게 할 것입니다. 팀은 또한 작은 소수의 유전자를 더 깊이 들여다 보며, 단백질의 다중성이 무엇을하고 있는지에 대한 더 나은 그림을 얻고 실제로 세포 내에서 얼마나 중요한지 관찰 할 수 있습니다. 어느 쪽이든, 여전히 더 많은 것을 알아야합니다.
이 발견에 의해 암시 된 복잡성은 약간 압도적으로 느껴질 수 있습니다. 유전자에서 나오는 단백질이 너무 많아서 사람들이 하나만 하나만 만들 수 있다고 생각하는 유전자에서 나오는 단백질이 너무 많으면 어떻게 세포와 조직의 생물학을 풀 수 있습니까? 그러나 켈러는 어떤 의미에서는 이러한 결과가 안심이되고 있다고 말했다. 이론적으로, 유전자에 의해 제공되는 레시피를 해석 할 수있는 모든 방법을 고려하여, 설탕, 예를 들어 소다를 대체 할 수있는 모든 시간, 베이킹 소다를 베이킹 파우더를 대체 할 수있는 모든 시간 - 유전자 당 최대 50 개의 다른 단백질이있을 수 있습니다.
.이 연구는 실제로 이러한 가능성의 작은 부분만이 이루어 졌음을 시사합니다. 그리고이 단백질들 중 일부만이 서로 다르게 행동합니다. "사람들은‘오 세상에, 너무 광대합니다.’하지만 우리는 이것을 측정 할 수 있습니다." "알 수없는 것만 큼 복잡하지 않습니다."
