生物谷報(bào)道：幾年前，研究人員曾用重新構(gòu)造遺傳序列以及用在活細(xì)胞中合成的方法,，將一個(gè)4.5億年前的激素受體復(fù)活?，F(xiàn)在科學(xué)家用這個(gè)復(fù)活蛋白祖先的晶體結(jié)構(gòu)來尋找引起糖皮質(zhì)激素受體進(jìn)化的變化，糖皮質(zhì)激素受體是該蛋白的一個(gè)現(xiàn)代后代,。研究人員首次確定了一種重要人類蛋白——腎上腺皮質(zhì)激素受體(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)。他們的研究為蛋白如何進(jìn)化出新功能提供了獨(dú)特的視角,。研究結(jié)果發(fā)表在最新一期的《科學(xué)》雜志上,。
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Argonne國家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)光子源的超高能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去4.5億年里,，該蛋白的原子架構(gòu)是經(jīng)過怎樣改變，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,。
通過分析原子結(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蛋白如果要對皮質(zhì)醇產(chǎn)生響應(yīng)，則在幾次主要變異之前,，都必須發(fā)生一些相對較小甚至可以忽略的“自由變異”,。在這種關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，研究人員最終推測出了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)醇新的緊密相互作用,。值得注意的是,，在這兩個(gè)過程之前，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,。要是幾億年的過程重新來過,，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。
通過確定從祖先蛋白到現(xiàn)代糖皮質(zhì)激素受體的一系列突變,，Eric Ortlund和同事提出,，幾個(gè)“允許”突變穩(wěn)定了祖先蛋白一些位置的結(jié)構(gòu)，為可能出現(xiàn)一些帶來不穩(wěn)定的突變鋪平了道路,，使受體得以與糖皮質(zhì)激素結(jié)合,。他們還發(fā)現(xiàn)，一個(gè)位置上的突變能影響其它不同位置的構(gòu)象,，擴(kuò)大了第二個(gè)位置的新突變可能有用的可能性,。
新的研究讓科學(xué)家從原子水平看清了進(jìn)化塑造分子機(jī)器的精確機(jī)制，并推測出了這一歷史進(jìn)化事件的順序過程,。該研究成果解答了一個(gè)十分重要的問題,，即適應(yīng)性是通過較大的還是較小的變異發(fā)生的。研究結(jié)果說明,，小的變異才能使較大的適應(yīng)性發(fā)生并且得到改善,。
原文出處：
Crystal Structure of an Ancient Protein: Evolution by Conformational Epistasis
Eric A. Ortlund, Jamie T. Bridgham, Matthew R. Redinbo, and Joseph W. Thornton
Published online August 16 2007; 10.1126/science.1142819 (Science Express Reports)
| Abstract » | PDF » | Supporting Online Material »
作者簡介：
Eric Nels Ortlund
相關(guān)報(bào)道：
影響蛋白進(jìn)化的因素
PLoS Biology：影響蛋白進(jìn)化的因素
