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Nature:决定蛋白命运的转折点

日期:2014-09-29 00:00:00

日前,科学家们“复活了”一个重要人类蛋白的远古祖先,研究了它那不断突变的蛋白进化史,分析了其中的大量可变事件(alternative histories)。 研究显示,只有先出现两个特殊的突变,古代蛋白才有可能进化成现代的糖皮质激素受体(GR)。这两个“许可性”突变(permissive mutations)对蛋白功能没有影响,但它们是功能性突变的关键基础。

 

研究人员筛查了数千种进化路径,他们发现古代GR进化出对皮质醇的敏感性只有一条途径。相关研究论文刊登在了近期出版的《Nature》杂志上。 论文资深编辑 Joe Thornton 教授表示:“这种关键蛋白之所以能够存在,是因为出现了一个命运转折点。很可能大家机体内许多系统的进化,都依赖于进化史中非常罕见的偶发事件。” Thornton一直致力于古代蛋白的重建,通过基因测序和计算方法在进化树中追溯过去,就像一次“时空旅行”.他推断古代蛋白的可能序列,通过生化方法进行合成,并将其引入活体生物研究它们的功能。 Thornton等人之前证实,现代蛋白的进化依赖于许可性突变的出现,但没人知道许可性突变是不是只有一种可能。为此Thornton和俄勒冈大学的Michael Harms博士合作对GR进行了研究。他们重建了存在于四亿五千万年前的古代GR,那时它还没有进化出对皮质醇的敏感性。 

 

研究人员发现,抛开许可性突变只引入功能性突变,古代GR就不能进化成现在的样子。随后,他们构建了数百万个古代GR的基因拷贝,并向每个拷贝引入随机突变,模拟进化中的各种可能。他们还设计了基因工程酵母,这些酵母只有在出现功能性GR时才能生长。研究人员将各种突变GR引入这种酵母,一旦出现任何许可性突变,GR功能就能恢复,允许酵母生长。研究显示,除了现实中的两种许可性突变,其他突变都不能恢复GR的功能。 研究人员深入解析了突变对古代蛋白的结构影响,找到了许可性突变如此罕见的原因。

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