萊斯大學的Peter Wolynes領導的一項新研究為可折疊蛋白質的進化提供了新的見解。這項研究發表在《美國國家科學院院刊》上。

萊斯大學和布宜諾斯艾利斯大學的研究人員利用能量景觀理論來區分蛋白質序列的可折疊部分和不可折疊部分。他們的研究闡明了一個正在進行的爭論，即在起源過程中僅編碼部分蛋白質的DNA片段是否可以自行折疊。

研究人員將重點放在蛋白質結構外顯子與蛋白質可折疊性進化之間的廣泛關系上。他們強調了外顯子和內含子的重要性，外顯子是基因中編碼蛋白質的部分，內含子是基因翻譯成蛋白質時被丟棄的沉默區域。理論生物物理中心(CTBP)聯合主任Peter Wolynes說：“利用現有的廣泛的基因組外顯子-內含子組織和蛋白質序列數據，我們探索了外顯子邊界守恒，并使用能量景觀理論測量評估了其行為。”

當基因片段在20世紀70年代被發現時，人們立即提出，通過分解序列，這種結構有助于構建可折疊的蛋白質。Wolynes說，當研究人員在20世紀90年代再次研究這個問題時，現有的數據是模棱兩可的。

該團隊現在已經評估了外顯子作為38個豐富且保守的蛋白質家族的潛在蛋白質折疊模塊。幾代人之后，外顯子可以沿著基因組隨機移動，導致基因的重大變化和新蛋白質的產生。研究結果表明外顯子大小分布偏離指數衰減，表明存在進化選擇。

“蛋白質折疊和進化是密切相關的現象，”布宜諾斯艾利斯大學(University of Buenos Aires)博士后研究員Ezequiel Galpern說。

天然蛋白質是線性氨基酸鏈，通常折疊成緊湊的三維結構來執行生物功能。氨基酸的特定序列決定了最終的三維結構。因此，外顯子翻譯成獨立折疊的蛋白質區域或折疊子的想法非常有吸引力。

利用計算方法，研究人員測量了由外顯子編碼的氨基酸鏈折疊成穩定的3D結構的可能性，類似于完整的蛋白質。他們的結果表明，雖然不是所有的外顯子都能產生可折疊的模塊，但在不同的生物體中一致發現的最保守的外顯子與更好的折疊子相對應。

該研究發現，在某些球狀蛋白家族中，蛋白質折疊和進化之間存在相關性。蛋白質折疊涉及氨基酸鏈在空間上的折疊，以在相關的時間尺度內完成生物學功能。這種相關性是蛋白質科學中的一個基本概念，使用基因組數據和能量函數進行評估。

有趣的是，并不是所有的蛋白質家族都有這種普遍趨勢，這表明其他生物因素可能影響蛋白質折疊和進化。研究人員的工作為未來的研究鋪平了道路，以了解這些額外的因素及其對進化生物學的影響。

研究團隊包括CTPB博士后研究員Carlos Bueno、萊斯大學應用物理學研究生Hana Jaafari以及布宜諾斯艾利斯大學教授Diego U. Ferreiro。


（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-7/20240705070838926.htm）