酿酒酵母蛋白酶体降解单细胞异质性研究及其对基因表达噪声模型的启示

来自研究人员开展关于单细胞蛋白降解速率变异性研究，通过延时显微镜技术量化酿酒酵母中两种降解子GFP的衰变动力学。研究发现蛋白酶体降解存在显著细胞间异质性，20s催化亚基(proteasome β subunit)仅边际解释变异来源。该研究揭示了蛋白降解过程的随机性，对构建包含降解动力学的基因表达噪声模型具有重要意义。

　　

基因表达作为随机过程，即使在同基因型、同环境培养的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)群体中，也会引起mRNA和蛋白丰度的变异性。这种通常被称为基因表达噪声(gene-expression noise)的现象，传统认为主要源于转录和翻译过程，而忽略了蛋白降解速率在细胞间的变异贡献。本研究采用延时显微镜(time-lapse microscopy)量化了两种降解子GFP(degron GFPs)在单细胞水平的蛋白降解速率，发现其半衰期存在显著的细胞间变异性。通过评估解释蛋白酶体降解(proteasomal decay)变异性的细胞特征，发现蛋白酶体20s催化β亚基(20s catalytic beta subunit)的含量仅能边际解释降解子GFP半衰期的观测变异性。研究者提出了多种替代假说来解释两种降解子GFP的降解变异性。该研究强调了在单细胞分辨率研究降解动力学的重要性，证实降解速率在单细胞水平存在变异且过程具有随机性。在构建随机基因表达模型估算基因表达噪声时，必须纳入复杂的降解动力学模型。