威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的一項(xiàng)新研究破譯了調(diào)節(jié)蛋白的進(jìn)化途徑，這種分子有助于控制基因表達(dá)。
來自生物化學(xué)系拉曼實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果最近在《細(xì)胞系統(tǒng)》雜志上發(fā)表。以下是他們的發(fā)現(xiàn):
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隨著時(shí)間的推移，細(xì)胞適應(yīng)環(huán)境的變化，蛋白質(zhì)通過進(jìn)化過程獲得和失去功能。
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蛋白質(zhì)進(jìn)化在某些酶中得到了很好的研究，但在幫助控制基因表達(dá)的調(diào)節(jié)蛋白中研究不足。
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一項(xiàng)對一種調(diào)節(jié)蛋白進(jìn)化的新的全面研究揭示了蛋白質(zhì)如何隨著時(shí)間的推移而進(jìn)化獲得和失去功能，這在不同種類的蛋白質(zhì)之間是不同的。雖然一些蛋白質(zhì)以循序漸進(jìn)的方式進(jìn)化，隨著時(shí)間的推移慢慢地獲得或失去功能，但負(fù)責(zé)控制重要功能(如基因表達(dá))的蛋白質(zhì)遵循一種進(jìn)化模式，保護(hù)它們不同時(shí)執(zhí)行多種功能。
你需要了解哪些背景信息?
達(dá)爾文對加拉帕戈斯群島的雀類進(jìn)行了著名的描述，它們經(jīng)常被用作進(jìn)化的典型例子。隨著時(shí)間的推移，自然發(fā)生的基因突變導(dǎo)致了鳥類外表的小而漸進(jìn)的變化。給雀類帶來優(yōu)勢的變化傳給了后代，最終產(chǎn)生了各種各樣的喙和身體形狀，以適應(yīng)各種飲食和覓食技術(shù)。
生物分子也會隨著時(shí)間的推移而進(jìn)化，以獲得新的功能，并隨著細(xì)胞環(huán)境的變化而失去不必要的功能，例如暴露于新分子或病原體的引入。這種進(jìn)化是一個(gè)持續(xù)的過程，有利于突變，使生物體有效和高效地運(yùn)作。
例如，科學(xué)家們知道酶——一類負(fù)責(zé)啟動和加速生化反應(yīng)的蛋白質(zhì)——是逐步進(jìn)化的。個(gè)體突變累積起來，最終賦予這種酶在細(xì)胞中的新功能。
但這種進(jìn)化模式并不適用于所有種類的蛋白質(zhì)。
為什么蛋白質(zhì)的進(jìn)化模式不同?
雖然一些蛋白質(zhì)可以逐漸進(jìn)化來改變它們的功能，有時(shí)甚至在這個(gè)過程中執(zhí)行多種功能，但調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)有一個(gè)更微妙的系統(tǒng)來平衡。
調(diào)節(jié)蛋白幫助控制基因表達(dá)，像電燈開關(guān)一樣開啟和關(guān)閉基因。如果單個(gè)開關(guān)控制多個(gè)基因的表達(dá)，那么僅控制其中一個(gè)基因的表達(dá)就會變得更加困難。這就是為什么調(diào)節(jié)蛋白通常具有有限的功能:執(zhí)行多種相關(guān)功能可能導(dǎo)致災(zāi)難性的影響，包括細(xì)胞死亡，基因表達(dá)改變或細(xì)胞分裂失控，這可能導(dǎo)致腫瘤。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)的功能如此重要和復(fù)雜時(shí)，突變和進(jìn)化的風(fēng)險(xiǎn)更高。
科學(xué)家是如何取得進(jìn)展的?
為了更好地理解調(diào)節(jié)蛋白的進(jìn)化軌跡，Vatsan Raman和他實(shí)驗(yàn)室的研究人員繪制了一種被稱為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白的特定調(diào)節(jié)蛋白幾千年來的進(jìn)化圖譜。這種蛋白質(zhì)有助于控制RNA從DNA合成的速率。
他們利用計(jì)算機(jī)模型推斷出蛋白質(zhì)突變的可能歷史。與過去的研究相比，這種方法為他們提供了數(shù)百個(gè)代表蛋白質(zhì)進(jìn)化史的DNA序列。利用這些數(shù)據(jù)，他們追蹤了蛋白質(zhì)可能的突變——以及由此產(chǎn)生的功能的獲得和喪失——揭示了一種新的進(jìn)化模式。
與酶的逐步模式相反，轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白在獲得突變時(shí)迅速獲得或失去功能。這種快速變化有助于它們保持與特定分子結(jié)合的單一作用，從而防止它們同時(shí)發(fā)揮多種作用。
拉曼和他的團(tuán)隊(duì)相信，他們的研究在轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子中揭示的進(jìn)化模式也可能在其他調(diào)節(jié)蛋白中觀察到。深入了解轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的進(jìn)化圖景將有助于科學(xué)家設(shè)計(jì)新的調(diào)控因子來控制基因回路、感知分子、工程生物合成途徑和監(jiān)測細(xì)胞代謝物，為新的生物醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)發(fā)現(xiàn)打開大門。
本研究部分由美國國立衛(wèi)生研究院院長新創(chuàng)新者獎DP2GM132682和五大湖生物能源研究中心，美國能源部，科學(xué)辦公室，生物和環(huán)境研究辦公室資助，獎勵(lì)號為DE-SC0018409。
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-3） | 
