美國(guó)科學(xué)家進(jìn)行的一項(xiàng)最新研究,，首次確定了一種重要人類蛋白——腎上腺皮質(zhì)激素受體（glucocorticoid receptor,，簡(jiǎn)稱GR）的遠(yuǎn)古原子結(jié)構(gòu),，并且揭示出它在4.5億年歷史中的進(jìn)化細(xì)節(jié),。這項(xiàng)前所未有的研究有助于解開(kāi)長(zhǎng)期以來(lái)科學(xué)家在進(jìn)化遺傳學(xué)上的一些爭(zhēng)論,。相關(guān)論文8月16日在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志,。
論文高級(jí)作者,、美國(guó)俄勒岡大學(xué)的Joseph Thornton表示,，“我們從來(lái)沒(méi)有看得如此清楚,、如此遠(yuǎn)過(guò),。新的研究讓我們從原子水平看清了進(jìn)化塑造分子機(jī)器的精確機(jī)制，并推測(cè)出了這一歷史進(jìn)化事件的順序過(guò)程,。”
在最新的研究中,，Thornton和博士后Jamie Bridgham利用強(qiáng)大的計(jì)算和分子技術(shù),，重建了GR蛋白的遠(yuǎn)古祖先,。隨后,，他們與美國(guó)北卡羅萊納大學(xué)的生物化學(xué)家Eric Ortlund和Matthew Redinbo一道,，利用美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)光子源（Advanced Photon Source）的超高能X射線,，繪制了遠(yuǎn)古蛋白當(dāng)中2000個(gè)原子的精確位置圖,。在此基礎(chǔ)上，研究人員追溯研究了過(guò)去4.5億年里,，該蛋白的原子架構(gòu)是如何改變,，從而進(jìn)化出現(xiàn)今的特殊功能——讓細(xì)胞能夠響應(yīng)皮質(zhì)醇（cortisol）,。
通過(guò)分析原子結(jié)構(gòu)，研究人員發(fā)現(xiàn),，在幾億年的時(shí)間里，遠(yuǎn)古GR蛋白共發(fā)生了7次較大的變異,。同時(shí)，科學(xué)家認(rèn)為,，GR蛋白要能夠?qū)ζべ|(zhì)醇產(chǎn)生響應(yīng),，在這幾次主要變異之前，都必須發(fā)生一些相對(duì)較小甚至可以忽略的“自由變異”（permissive mutations）,。在這種關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上,，研究人員最終推測(cè)出了GR蛋白所有基因變異的順序。
研究結(jié)果表明,，GR蛋白所發(fā)生的最根本的變異是使蛋白的某一區(qū)域整體發(fā)生了重新裝配,，從而使一部分原子接近皮質(zhì)醇。而這一區(qū)域發(fā)生的另一個(gè)重要變異創(chuàng)建了原子與皮質(zhì)醇的新的緊密的相互作用,。值得注意的是,，在這兩個(gè)過(guò)程之前GR蛋白發(fā)生了許多“自由變異”，這從結(jié)構(gòu)上支撐了GR蛋白的特定部分,，使其能夠承受最終的改變,。
Thornton表示，這些自由變異完全是碰巧發(fā)生的事情,，但如果不是它們首先發(fā)生,，之后的較大變異就不會(huì)是一條通向GR蛋白新功能的進(jìn)化之路。要是幾億年的過(guò)程重新來(lái)過(guò),，現(xiàn)在出現(xiàn)的很可能就是完全不同的基因序列和蛋白功能機(jī)制,。
NSF項(xiàng)目主任Dianna Padilla評(píng)價(jià)說(shuō)，“該研究成果是許多科學(xué)家的夢(mèng)想,，它解答了一個(gè)十分重要的問(wèn)題,，即適應(yīng)性是通過(guò)較大的還是較小的變異發(fā)生的。新的研究結(jié)果說(shuō)明,，小的變異才能使較大的適應(yīng)性發(fā)生并且得到改善,。”（科學(xué)網(wǎng) 任霄鵬/編譯）
