研究揭示了对蛋白质进化的见解

Rice大学的Peter Wolynes和他的研究团队在理解被称为假基因的特定基因序列如何进化方面取得了突破。他们的论文于5月13日发表在《美国国家科学院院刊》上

由D.R.Bullard-Welch基金会科学教授、化学、生物科学、物理和天文学教授、理论生物物理中心（CTBP）联合主任Wolynes领导的团队专注于破译与假基因相对应的去进化推定蛋白质序列的复杂能量景观

假基因是曾经编码蛋白质的DNA片段，但由于序列降解而失去了编码蛋白质的能力，这种现象被称为权力下放。在这里，权力下放代表了一个不受约束的进化过程，它在没有调节功能蛋白编码序列的通常进化压力的情况下发生

尽管假基因处于不活跃状态，但它们为了解蛋白质的进化历程提供了一个窗口

“我们的论文解释了蛋白质可以去进化，”Wolynes说。“通过突变或其他方式，DNA序列可能会失去告诉它编码蛋白质的信号。DNA会继续突变，但不一定会导致序列折叠。”

研究人员研究了已经进化的基因组中的垃圾DNA。他们的研究表明，假基因序列中的突变积累通常会破坏稳定相互作用的天然网络，使这些序列在被翻译成功能蛋白时具有挑战性

然而，研究人员观察到某些突变以改变假基因先前的生物功能为代价，出乎意料地稳定了假基因的折叠

他们鉴定了特定的假基因，如亲环蛋白A、轮廓蛋白-1和小泛素样修饰物2蛋白，其中稳定突变发生在对与其他分子结合和其他功能至关重要的区域，这表明蛋白质稳定性和生物活性之间存在复杂的平衡

此外，这项研究强调了蛋白质进化的动态性质，因为一些以前被伪基因化的基因可能会随着时间的推移重新获得其蛋白质编码功能，尽管发生了多个突变

利用复杂的计算模型，研究人员解释了物理折叠景观和假基因进化景观之间的相互作用。他们的发现提供了证据，证明褶皱景观的漏斗状特征来自进化

Wolynes说：“蛋白质可以去进化，随着时间的推移，由于突变或其他方式，它们的折叠能力会受到损害。”。“我们的研究提供了第一个直接证据，证明进化正在塑造蛋白质的折叠。”

与Wolynes一起，研究团队包括首席作者、应用物理学研究生Hana Jaafari；CTBP博士后助理Carlos Bueno；得克萨斯大学达拉斯分校研究生乔纳森·马丁；达拉斯大学生物科学系副教授Faruck Morcos；以及CTBP生物物理研究员Nicholas P.Schafer

Jaafari说，这项研究的意义超越了理论生物学，在蛋白质工程中有潜在的应用

Jaafari说：“如果实验室里有人能证实我们的结果，看看身体更稳定的假基因会发生什么，那将是一件有趣的事情。”。“我们有一个基于分析的想法，但如果能得到一些实验验证，那将是令人信服的。”