Раскопки 4-миллиардолетних структур белков раскрывают их эволюцию
Современные белки демонстрируют впечатляющее структурное разнообразие, но мало известно о том, как и когда в ходе эволюции возникли их 3D-структуры. В исследовании, опубликованном 8 августа в журнале Structure, ученые воскресили в лаборатории белки докембрийского периода возрастом 4 миллиарда лет и проанализировали их структуры методом рентгеновской кристаллографии. Этот подход позволил обнаружить высокую степень структурного сходства белков с момента зарождения жизни на планете.
«Попытки понять эволюцию структуры белков до сих пор основывались на сравнении структур современных белков. Это эквивалентно попытке понять эволюцию птиц, сравнивая нескольких живых птиц. Наш подход максимально приближен к "раскопкам" ископаемых белковых структур», — говорит старший автор исследования Хосе Санчес-Руис из Университета Гранады.
В предыдущей работе ученые построили филогенетическое древо последовательностей белка тиоредоксина, найденного у бактерий, архей и эукариот. Используя это древо, они смогли восстановить последовательности древних белков.
В новом исследовании, объединившись с Хосе Гавирой из Андалузского института наук о Земле, команда проанализировала рентгеноструктурные модели воскрешенных докембрийских белков. Они обнаружили, что структуры современных тиоредоксинов поразительно похожи на те, что существовали вблизи момента зарождения жизни, несмотря на сильные различия в аминокислотных последовательностях.
Это открытие поддерживает модель прерывистого равновесия в эволюции, согласно которой белковые структуры остаются постоянными в течение долгих периодов, а новые изменения происходят прерывисто за короткие промежутки времени.
«Наш подход не только раскрывает основные принципы эволюции белковых структур, но и предоставляет бесценную информацию о том, как 3D-структура белка закодирована в его аминокислотной последовательности. Это также может помочь в дизайне белков с новыми структурами — важная цель в белковой инженерии и биотехнологии», — отмечает Санчес-Руис.