Изучение того, где биополимеры, например белки, находятся в организме, важно для понимания их функций и разработки новых терапевтических стратегий. Белки — цепочки из 20 аминокислот и их остатков с молекулярной массой 17–10 000 килодальтон. В зависимости от состава (возможно около 2x10-18 комбинаций), они участвуют в формировании цитоскелета, организации клеточного цикла, катализе биохимических реакций, обмене веществ. Несмотря на распространенность и значимость, локализация белков в клетках человека изучена недостаточно. Ранее ученым удалось составить атласы протеома для эмбриональных стволовых клеток мышей, «бессмертных» раковых клеток человека HeLa и гепатоцитов крыс.
Чтобы восполнить пробел, сотрудники Королевского технологического института, Кембриджского университета и других учреждений изучили 56 линий человеческих клеток зародышевых тканей. На первом этапе путем секвенирования РНК они выбрали 22 линии, суммарная экспрессия генов, кодирующих белки, в которых составила 84 процента. Затем с помощью конфокального микроскопа и 13 993 флуоресцирующих антител ученые оценили распределение белков. Всего авторы получили 82 152 изображения, к анализу которых привлекли гражданских ученых — участников Project Discovery игры EVE Online. Таким образом, они локализовали 12 003 белка, которые отнесли к 30 внутриклеточным структурам.
 |
| Связь всех внутриклеточных структур (E), отдельных внутриклеточных структур (F) и межкомпартментных взаимодействий (G) по критерию локализации белков / ©Peter J. Thul et al., Science, 2017 |
Для 6341 белка исследователи уточнили данные, известные по аннотации в рамках GO terms, местоположение остальных было показано впервые. Категоризация белков по 13 основным органеллам позволила прояснить их функции. Так, наиболее выраженной во всех образцах оказалась экспрессия белков в ядре, ядрышке, митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме, что подчеркивает их роль в выживании клеток. Белки, которые группа отнесла к «обогащенным» и «усиленным» (с уровнем экспрессии в пять раз больше, чем в остальных клетках или в среднем), были представлены в мембране, цитоскелете и везикулах. Вероятно, последние могут обеспечивать межклеточную коммуникацию и адаптацию.
Проверка наблюдений проводилась методами классической (для ранее аннотированных в Cell Atlas) и модифицированной масс-спектрометрии hyperLOPIT на основе изотопных меток и многомерной статистики. Техника hyperLOPIT применялась на линии клеток остеосаркомы человека (U-2 OS). За счет сравнения с профилями локализации 5020 других белков ученые сумели отнести 1971 белок к одной или нескольким из 12 внутриклеточных структур. Уникальные позиции при этом были зафиксированы для 1426 из 3626 белков, 799 из которых впоследствии вошли в новый атлас, доступный на сайте проекта. По словам авторов, он имеет большое значение для фундаментальной науки и медицины.
Статья опубликована в журнале Science.