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该研究由Marko Jovanovic、Michael S. Rooney、Philipp Mertins等多名科学家共同完成，主要研究机构包括Broad Institute of MIT and Harvard、Massachusetts Institute of Technology、Harvard University等。研究论文于2015年3月6日发表在《Science》期刊上，题为“Dynamic profiling of the protein life cycle in response to pathogens”。
该研究的主要科学领域是免疫遗传学（immunogenetics），特别是蛋白质生命周期在病原体响应中的动态调控。哺乳动物基因表达通过RNA和蛋白质生命周期的相互作用被严格控制。尽管已有研究表明，每个过程的调控对正确的蛋白质表达至关重要，但每个步骤对蛋白质表达水平变化的定量贡献仍不清楚，且存在争议。许多研究尝试在稳态蛋白质水平的背景下探讨这一问题，但仅有少数研究关注动态响应中这些过程的变化如何决定差异蛋白质表达。理解这些贡献对于揭示细胞如何部署调控过程以完成生理变化以及发现控制每个过程的关键分子调控因子至关重要。
研究团队开发了一种整合的实验和计算策略，定量评估在动态响应中蛋白质水平是如何维持的，并将其应用于小鼠免疫骨髓来源的树突状细胞（DCs）对脂多糖（LPS）刺激的模型响应。研究采用了改进的脉冲稳定同位素标记（pulsed-SILAC）方法，跟踪在响应前12小时内新合成和先前标记的蛋白质。此外，研究团队还独立测量了相同条件下的RNA测序（RNA-seq）数据。通过计算策略，研究团队从时间转录谱和脉冲SILAC蛋白质组数据中推断出每个时间点的mRNA翻译率和蛋白质降解率，从而构建了一个基因组规模的定量模型，描述DCs在LPS响应中差异蛋白质表达的时间动态。
研究发现，在刺激前，mRNA水平对整体蛋白质表达水平的贡献是蛋白质翻译和降解率贡献的两倍以上。在LPS刺激后，mRNA丰度的变化在蛋白质水平的动态变化中发挥了更主导的作用，特别是在免疫响应基因中。然而，几个蛋白质模块——特别是执行基本细胞功能的预先存在的蛋白质组——在刺激细胞中主要通过蛋白质翻译或降解水平进行调控，占细胞内蛋白质分子绝对变化的一半以上。尽管许多翻译机制中的蛋白质在LPS刺激后转录被抑制，但由于翻译率显著增加，其水平仍上调。此外，线粒体蛋白质的降解率升高在重塑细胞能量代谢中发挥了核心作用。
研究结果支持了一个模型，即新细胞功能的诱导主要通过转录变化驱动，而蛋白质生产或降解的调控则根据需要更新预先存在的功能水平。研究团队开发的构建定量基因组规模模型的方法广泛适用于其他动态系统。
该研究的重要发现包括：mRNA水平在动态蛋白质表达中占主导作用，而蛋白质翻译和降解率在调控预先存在的蛋白质组中起重要作用。研究方法的创新性在于整合了脉冲SILAC和RNA-seq数据，并开发了计算模型来定量分析蛋白质生命周期的动态变化。此外，研究还揭示了线粒体蛋白质降解在细胞能量代谢重塑中的关键作用。
研究还表明，尽管mRNA水平的变化在蛋白质表达中占主导地位，但蛋白质翻译和降解率的变化在绝对蛋白质分子数量的变化中贡献更大。这一发现为理解细胞在动态响应中的调控机制提供了新的视角。此外，研究团队的方法为未来研究其他动态系统中的蛋白质生命周期调控提供了框架。
通过该研究，科学家们不仅揭示了mRNA和蛋白质生命周期在动态响应中的具体贡献，还为发现新的分子调控因子提供了工具和模型。这一研究在免疫学和细胞生物学领域具有重要的科学价值和应用潜力。