评估酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中蛋白酶体降解过程中的单细胞变异性

《Biophysical Journal》：Evaluating single-cell variability in proteasomal decay within Saccharomyces cerevisiae

基因表达随机性导致mRNA和蛋白丰度异质性，称为基因表达噪音。本研究通过单细胞时间-lapse显微技术测定酿酒酵母中两种降解标记GFP的蛋白降解速率，发现细胞间降解速率差异显著。尽管20s蛋白酶体亚基量能部分解释降解差异，但未完全覆盖变异性。提出其他潜在机制解释GFP降解异质性，强调单细胞水平研究蛋白降解动力学的重要性，并指出需整合降解动力学模型以提高基因表达噪音预测精度。

　　

Sukanya Das | Abhyudai Singh | Premal Shah

摘要

基因表达是一个随机过程，即使在相同环境中培养的基因型相同的细胞群体中，也会导致mRNA和蛋白质丰度的变化。这种变化通常被称为基因表达噪声，过去主要归因于转录和翻译过程，而忽视了细胞间蛋白质降解变异性的影响。在这里，我们利用时间延迟显微镜技术估算了酿酒酵母中两种降解型GFP（degron GFPs）的单细胞蛋白质降解速率。我们发现这些降解型GFP的降解速率存在显著的细胞间差异。我们分析了能够解释蛋白酶体降解变异性的细胞特征，并发现蛋白酶体20S催化β亚基的量在一定程度上可以解释观察到的降解型GFP半衰期的变化。我们还提出了其他可能解释这两种降解型GFP降解变异性的假设。总体而言，我们的研究强调了在单细胞水平上研究降解过程动力学的重要性，表明降解速率在单细胞层面上存在差异，并且降解过程具有随机性。在模拟随机基因表达时，必须纳入一个复杂的降解动力学模型来估算基因表达噪声。