Gamle proteiner studeret i detaljer

Hvordan opstod proteininteraktioner, og hvordan har de udviklet sig? I en ny undersøgelse, forskere har set på to proteiner, der begyndte at udvikle sig for mellem 400 og 600 millioner år siden. Hvordan så de ud? Hvordan fungerede de, og hvordan har de ændret sig over tid? Fundene, udgivet i eLife , vise hvordan en kombination af ændringer i proteinernes egenskaber skabte bedre betingelser for regulering af en cellulær proces.

"Vi vil forstå den proces, hvormed en ny protein-protein-interaktion opstår og udvikler sig, "siger Greta Hultqvist, der ledede undersøgelsen sammen med Per Jemth på Institut for Medicinsk Biokemi og Mikrobiologi, Uppsala Universitet.

Livet afhænger af proteiner; i særdeleshed, hvordan proteiner interagerer med hinanden. De fleste hvis ikke alle grundlæggende cellulære processer er afhængige af proteininteraktioner, hvor et bestemt protein kan forbedre eller reducere en specifik cellulær funktion. I mange tilfælde, den samme proteininteraktion kan findes på tværs af klasser af organismer fra pattedyr, til alle dyrefyla eller endda til alle livets riger.

Når en proteininteraktion er specifik for hvirveldyr, det betyder, at interaktionen opstod på et betydeligt tidspunkt for hvirveldyrets forfader. Denne proteininteraktion blev derefter bevaret i alle evolutionære linjer, der stammer fra hvirveldyrets forfader og kan ses hos alle nutidige hvirveldyr. Faktisk, nye og modificerede proteiner optræder kontinuerligt i organismer ved hjælp af genmodifikationer, men de fleste af dem forsvinder. Imidlertid, nogle protein-protein-interaktioner viser sig at være gavnlige og bevares som følge heraf af organismen.

Nye eller modificerede proteiner kan danne nye interaktioner med eksisterende proteiner for at fremkalde en fordelagtig protein-protein-interaktion. Dette er sket flere gange under evolutionen. Det er let at forstå, at proteininteraktioner kan være gavnlige for en organisme, og som sådan bevares de. Imidlertid, mindre er kendt om de molekylære detaljer ved en sådan historisk proteinudvikling.

Ved at analysere flere aminosyresekvenser af to interagerende proteiner fra forskellige nutidige organismer, holdet rekonstruerede forfædres versioner af proteiner til stede i arter, der levede for mellem 400 millioner-600 millioner år siden. Hvordan den ældste af disse forfædre så ud, vides ikke ligefrem, men det kan spekuleres i, at det var et lille dyr med bilaterisk symmetri. En evolutionær linje førte mod fisk og efterfølgende til den første tetrapod. Teamet genopstod proteiner fra disse arter og karakteriserede deres egenskaber med eksperimentelle og beregningsmetoder.

"Vi fandt ud af, at forfædrenes proteiner interagerede svagere med hinanden i forhold til senere generations varianter. De forfædres proteiner var sandsynligvis også mere fleksible med hensyn til struktur end de senere generationers, når de blev bundet sammen. Et andet slående fund er, at styrken af ​​dette protein -proteininteraktion har ikke ændret sig i løbet af de sidste 450 millioner år, ”siger Greta Hultqvist.

De proteiner, som forskerne studerede, tilhører en klasse kaldet 'iboende uordnede proteiner'. Det betyder, at de alene er meget fleksible og endda kunne eksistere som en udvidet kæde, i modsætning til de fleste proteiner, som har en kugleform. Imidlertid, når de uordnede proteiner binder til hinanden, foldes de ofte til en kugleformet struktur. Protein-protein-interaktioner mellem intrinsisk forstyrrede proteiner er meget almindelige og er ofte involveret i cellulær regulering.

"Vores fund kaster lys over nogle grundlæggende principper for proteinudvikling og kan være generelle for, hvordan nye protein-protein-interaktioner mellem iboende forstyrrede proteiner opstår og udvikler sig. En svag og dynamisk forfædres interaktion kan relativt hurtigt blive til en optimalt stærk en af ​​tilfældige genmutationer efterfulgt af naturlig selektion. Interaktionens styrke bevares derefter, når forfædregruppen af ​​organismer diversificeres til nye arter, ”siger Per Jemth.