Undersøgelse afslører indsigt i proteinudvikling
Rice Universitys Peter Wolynes og hans forskerhold har afsløret et gennembrud i forståelsen af, hvordan specifikke genetiske sekvenser, kendt som pseudogener, udvikler sig. Deres papir blev offentliggjort den 13. maj i Proceedings of the National Academy of Sciences .
Anført af Wolynes, D.R. Bullard-Welch Foundation professor i videnskab, professor i kemi, biovidenskab og fysik og astronomi og meddirektør for Center for Teoretisk Biologisk Fysik (CTBP), holdet fokuserede på at tyde de komplekse energilandskaber af de-evolverede, formodede proteinsekvenser svarende til til pseudogener.
Pseudogener er segmenter af DNA, der engang kodede for proteiner, men som siden har mistet deres evne til at gøre det på grund af sekvensnedbrydning - et fænomen, der omtales som devolution. Her repræsenterer devolution en ubegrænset evolutionær proces, der finder sted uden de sædvanlige evolutionære pres, der regulerer funktionelle proteinkodende sekvenser.
På trods af deres inaktive tilstand tilbyder pseudogener et vindue ind i proteinernes evolutionære rejse.
"Vores papir forklarer, at proteiner kan udvikle sig," sagde Wolynes. "En DNA-sekvens kan ved mutationer eller på anden måde miste det signal, der fortæller den at kode for et protein. DNA'et fortsætter med at mutere, men behøver ikke at føre til en sekvens, der kan foldes."
Forskerne studerede junk-DNA i et genom, der har udviklet sig. Deres forskning afslørede, at en mutationsakkumulering i pseudogene sekvenser typisk forstyrrer det native netværk af stabiliserende interaktioner, hvilket gør det udfordrende for disse sekvenser, hvis de skulle oversættes, at folde til funktionelle proteiner.
Forskerne observerede dog tilfælde, hvor visse mutationer uventet stabiliserede foldningen af pseudogener på bekostning af at ændre deres tidligere biologiske funktioner.
De identificerede specifikke pseudogener, såsom cyclophilin A, profilin-1 og lille ubiquitin-lignende modifier 2-protein, hvor stabiliserende mutationer forekom i områder, der var afgørende for binding til andre molekyler og andre funktioner, hvilket tyder på en kompleks balance mellem proteinstabilitet og biologisk aktivitet.
Desuden fremhæver undersøgelsen den dynamiske karakter af proteinevolution, da nogle tidligere pseudogeniserede gener kan genvinde deres proteinkodende funktion over tid på trods af at de gennemgår flere mutationer.
Ved hjælp af sofistikerede beregningsmodeller fortolkede forskerne samspillet mellem fysiske foldelandskaber og pseudogenernes evolutionære landskaber. Deres resultater giver bevis for, at den tragtlignende karakter af foldelandskaber kommer fra evolutionen.
"Proteiner kan udvikle sig og få deres evne til at folde kompromitteret over tid på grund af mutationer eller andre midler," sagde Wolynes. "Vores undersøgelse giver det første direkte bevis på, at evolutionen former foldningen af proteiner."
Sammen med Wolynes omfatter forskerholdet hovedforfatter og kandidatstuderende i anvendt fysik Hana Jaafari; CTBP postdoc associeret Carlos Bueno; University of Texas i Dallas kandidatstuderende Jonathan Martin; Faruck Morcos, lektor ved Institut for Biologiske Videnskaber ved UT-Dallas; og CTBP biofysikforsker Nicholas P. Schafer.
Implikationerne af denne forskning strækker sig ud over teoretisk biologi med potentielle anvendelser inden for proteinteknologi, sagde Jaafari.
"Det ville være interessant at se, om nogen i et laboratorium kunne bekræfte vores resultater for at se, hvad der sker med de pseudogener, der var mere fysisk stabile," sagde Jaafari. "Vi har en idé baseret på vores analyse, men det ville være overbevisende at få en eksperimentel validering."
Flere oplysninger: Hana Jaafari et al., De fysiske og evolutionære energilandskaber af decentraliserede proteinsekvenser svarende til pseudogener, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2322428121
Journaloplysninger: Proceedings of the National Academy of Sciences
Leveret af Rice University
Varme artikler
-
Dyrlæger advarer om, at frostvæske er giftigt for kæledyr og menneskerGunner, en ung schæferhund blanding, fik ethylenglycol en nat, men hans ejere genkendte de kliniske tegn tidligt nok og bragte ham til Purdue, hvor han samme nat gennemgik en enkelt dialysebehandling -
Energibesparende LED'er øger lysforurening verden overLED -lamper er mere effektive, fordi de har brug for langt mindre elektricitet for at levere den samme mængde lys, men så installerer folk måske flere og flere lys i en adfærd, der kaldes rebound-effe -
Masser af fisk i havet? Ikke nødvendigvis, som historien viserErn McQuillan, Tunfiskeri ved Eden, New South Wales, 1960. Kredit:National Library of Australia Australien har haft titusinder af år med fiskeriudnyttelse. Denne historie afslører en svimlende nat -
Hvad overvintrende egern kan lære astronauterTretten-forede jordegern krøllet sammen til sæsonbestemt dvale kan bremse deres stofskifte til så lidt som 1 procent af deres vågne aktivitet. Kredit:Foto udlånt af Rob Streiffer Når bjørne og jord
- Tilhængere af videospil er meget mere tilbøjelige til at være arbejderklasse end middelklasse, si…
- Hedebølger:Hvorfor etniske minoriteter i Storbritannien er mere sårbare, og hvad skal man gøre ve…
- Forbedring af organiske solcellers effektivitet gennem molekylær konstruktion
- Episk hårde baobabtræer, der dør i Afrika
- Sådan bestemmes Y-skæringen af en trendlinje
- Kvælstofforureningspolitikker rundt om i verden halter bagefter den videnskabelige viden