蛋白质浓度的时间变化如何影响生物学？这是一个生物学家最近才开始解决的问题。研究结果表明，一些蛋白质数目的随机时间变化在生物过程中起着直接而重要的作用。

在《分子系统生物学》发表的一项新研究中，EPFL大卫苏特实验室的研究人员发现，蛋白质浓度的时间波动可以决定胚胎干细胞将成为的细胞类型。

科学家研究了两个重要的转录因子SOX2和OCT4，它们在胚胎干细胞中的水平会随着时间而变化。这两种转录因子对于胚胎干细胞的自我更新和分化(或“命运”)成为特定的细胞类型非常重要。

为了监测它们的时间波动，该团队进行了一项复杂的基因组工程设计，并在单个胚胎干细胞系中生成了五个敲入的“报告基因”。这些基因附着在感兴趣的基因(在这种情况下是SOX2和OCT4的基因)附近，并在目标基因在细胞中表达时产生可见信号(如荧光)，从而在产生目标基因时“报告”相应的蛋白质。

利用这种方法，研究人员可以监测活细胞中SOX2和OCT4随时间的波动，并确定这些波动如何影响胚胎干细胞的命运。

发现转录因子水平的任何微小变化都会影响细胞的命运，但只是在细胞生命的第一个细胞生长阶段(G1阶段)。SOX2水平的增加似乎将胚胎干细胞“推入”神经元细胞(来自神经外胚层的细胞)，而OCT4水平的增加强烈地将细胞导向神经元和非神经元分化细胞类型。科学家发现，原因是高OCT4水平增加了分化因子和细胞染色质的可及性。

因为转录因子浓度的波动很大程度上是由基因表达级联的内在随机性驱动的，所以这些因素可能会为我们出于治疗目的而重新定向细胞命运决定的能力设置一个基本限制。还需要进一步的工作来确定这些波动是否至少可以被部分抑制，以减轻它们对控制胚胎干细胞命运的影响。"