Nové proteiny „odnikud“

Oblasti pružnosti bílkovin: málo pružné (modré), středně pružné (zelené / žluté) a velmi pružné (červené). Jak centrální alfa cívka, tak N konec (začátek proteinu) však vykazují stabilní násobek ve srovnání se zbytkem proteinu. Uznání: Adam Damri

Mezinárodní tým vědců zkoumá, jak evoluce vytváří strukturu a funkci proteinu, který se právě objevil u much.

Bílkoviny jsou klíčovou složkou všech moderních forem života. Například hemoglobin přenáší kyslík v naší krvi; Bylinné proteiny fotosyntézy přeměňují sluneční světlo na energii; A fungální enzymy nám pomáhají vařit pivo a péct chléb. Vědci již dlouho zkoumají otázku, jak se proteiny mění nebo existují po tisíce let.

Zcela nové bílkoviny – a s nimi nové vlastnosti – se mohou objevit téměř ze všeho, byly podle slov řeckého filozofa Permenida nemyslitelné po celá desetiletí: „Nic nemůže z ničeho vyjít“ (Nic nevychází z ničeho). Ve spolupráci s kolegy z USA a Austrálie, výzkumníky z dané země University of Minster Nyní bylo obnoveno, jak evoluce vytváří strukturu a funkci proteinu, který se právě objevil u much. Tento protein je nezbytný pro mužskou plodnost. Výsledky byly publikovány v časopise Komunikace přírody.

Pozadí

Dosud se předpokládalo, že nové proteiny vznikají ze stávajících proteinů – duplikováním základních genů a řadou malých mutací v jedné nebo obou genových kopiích. V posledních deseti letech se však objevilo nové chápání vývoje proteinů: proteiny se také mohou vyvíjet bez kódování. DNA (deoxyribonukleová kyselina) – jinými slovy, ze stejné části genetického materiálu, který normálně neprodukuje bílkoviny – a později se může vyvinout do funkčních komponent buněk.

To je překvapivé z několika důvodů: po mnoho let se předpokládalo, že aby byly proteiny funkční, musí mít vysoce vyvinutý geometrický tvar („trojrozměrná struktura“). Dále se předpokládalo, že taková forma se nemůže vyvinout z náhodně se vyskytujícího štítu, ale bude vyžadovat komplexní kombinaci aminokyselin, která by umožnila tomuto proteinu existovat ve své funkční formě.

Páření ovocných mušek

Jako výzkumný model byly použity ovocné mušky (zde zobrazené v páření). Uznání: Marika Coping

Přes desetiletí zkušeností vědci z celého světa dosud nebyli schopni konstruovat proteiny s požadovanými trojrozměrnými strukturami a funkcemi, což znamená, že „kód“ pro vytvoření funkčního proteinu není v podstatě známý. Ačkoli tento úkol zůstává pro vědce záhadou, příroda se ukázala být zručnější při vytváření nových proteinů. Tým vědců pod vedením profesora Ericha Bornberga-Bauera z Institutu evoluce a biologické rozmanitosti na University of Minster zjistil srovnáním genomu nedávno analyzovaného mnoha organismy, že druhy se nejen diferencují pomocí proteinů kódovaných genů kódujících vývoj. Kromě toho se neustále tvoří bílkoviny znovu („Re“) – to znamená bez jakéhokoli souvisejícího prekurzorového proteinu, který prochází procesem výběru.

Drtivá většina těchto proteinů de novo je zbytečná nebo dokonce mírně škodlivá, protože mohou interferovat s proteiny přítomnými v buňce. Takové nové proteiny se po několika generacích znovu rychle ztratily, protože organismy nesoucí nový gen kódující protein narušily přežití nebo proliferaci. U některých vybraných proteinů de novo se však ukázalo, že mají prospěšné funkce. Tyto proteiny jsou integrovány do molekulárních složek buněk a nakonec se po milionech let drobných změn stanou nezbytnými.

Existuje mnoho důležitých otázek, které si v tomto ohledu mnoho vědců klade otázku: Jak vypadají takové nové bílkoviny při narození? Jak se mění a jaké funkce považují za „nové děti v bloku?“ V čele týmu profesora Bornberga-Bauera v Minsteru odpověděl mezinárodní tým vědců na tuto otázku velmi podrobně pro „Goddard“. protein ovocné mušky nezbytný pro mužskou plodnost.

metodologie

Studie byla provedena na třech propojených frontách na všech třech kontinentech. Na Fakultě svatého kříže v Massachusetts v USA Dr. Fragel Patel a profesor Joff Findel upravovali genom CRISPR / Cas9, aby ukázali, že mušky, které neprodukují Goddarda, jsou sterilní, ale jinak zdravé.

Dr. Andreas Lang a doktorand Brennan Hems ze skupiny profesora Bornberg-Bauera mezitím použili biochemické techniky k předpovědi tvaru nového proteinu u moderních mušek. Poté pomocí evolučních metod rekonstruovali možnou strukturu Goddarda před 50 miliony let. První.

Zjistili, že bylo docela překvapivé: „Starověký Goddardův protein již velmi připomíná ty, které dnes existují u druhů much,“ vysvětluje Erich Bornberg-Bauer. „Goddard hned od začátku obsahoval několik strukturních prvků, známých jako alfa plátky, které mají být nezbytné pro většinu proteinů.“

K potvrzení těchto zjištění scéna vstoupila do stavu Australská národní univerzita V Canbeře, kde Dr. Adam Damari a profesor Colin Jackson použili intenzivní výpočetní simulace k ověření předpokládané formy Goddardova proteinu. Ověřili strukturní analýzu Dr. Langy a ukázali, že Goddard, navzdory svému mladému věku, byl již poměrně stabilní – pokud Protože ne tak stabilní jako většina bílkovin mušek, o nichž se věřilo, že existují po delší dobu, možná stovky milionů let. .

Výsledky jsou v souladu s řadou dalších současných studií, které ukázaly, že genomové prvky, ze kterých vycházejí geny kódující proteiny, jsou často aktivovány – desítky tisíckrát u každého člověka. Tyto fragmenty jsou poté „tříděny“ v evolučním procesu výběru. Ty, které jsou zbytečné nebo škodlivé – převážná většina – jsou rychle zahozeny. Ale ty, které nejsou neutrální nebo mírně užitečné, mohou být optimalizovány po miliony let a přeměněny na něco užitečného.

Odkaz: „Strukturální a funkční charakterizace zahrady de novo je přibližná b Drosophila„Autor: Andreas Lang, Pragal H. Patel, Brennan Hems, Adam M. Damari, Thorsten Sanger, Colin J. Jackson, Jeffrey D. Findel a Erich Bornberg-Bauer, 12. března 2021, Komunikace přírody.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21667-6

Financování: Studie byla financována z evropského grantu EsCat v rámci rámcového programu pro výzkum a inovace Horizon 2020 č. 722610 (Minster), z Centra excelence ARC v oblasti peptidové a proteinové vědy a syntetické biologie (Austrálie) a NSF. Kariérní grant č. 1652013 (USA).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Líheň je otevřená, stanici zabírá 10 členů posádky

Nově přidaný personál stanice, který se skládal z 10 členů, se shromáždil v servisní jednotce Zvezda, aby uspořádali uvítací ceremoniál s rodinnými příslušníky a...

Chronické virové infekce mohou mít hluboký trvalý účinek na imunitu člověka, podobně jako stárnutí

Analýza topologie sítě funkce imunitního systému představující desítky integrovaných buněčných odpovědí, které jsou během odstraňování viru hepatitidy C u lidí obráceny. Zkoumané signální...

Byly odhaleny bizarní dýchací orgány 450 milionů let starých mořských živočichů

Zápočet: UCR Trilobité měli při dýchání jednu nohu Nová studie našla první důkazy o vysoce vyvinutých dýchacích orgánech u mořských živočichů starých 450 milionů let. ...

“Čmáranice světla” v reálném čase

Vědci z Tokijské metropolitní univerzity vyvinuli zjednodušený algoritmus pro převod volně nakreslených čar na standardním stolním procesoru na hologramy. Dramaticky snižují náklady na...

Mineralogie hluboké kůry Země pohání hotspoty pro domácí život

Tým DeMMO Field zleva doprava: Lily Mumper, Britney Kruger a Caitlin Cesar vzorky zlomenin z vrtné soupravy DeMMO. Kredit: © Matt Kapost Pod zeleným...

Newsletter

Subscribe to stay updated.