Теория энергетических ландшафтов проливает свет на эволюцию сворачиваемых белков

Новое исследование под руководством Питера Уолинза из Университета Райса предлагает новые данные об эволюции сворачиваемых белков. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Учёные из Университета Райса и Университета Буэнос-Айреса использовали теорию энергетических ландшафтов, чтобы отличить сворачиваемые и несворачиваемые части белковых последовательностей. Исследование проясняет давние дебаты о том, могут ли фрагменты ДНК, кодирующие лишь часть белка, самостоятельно сворачиваться.

Ключевые элементы исследования:

• Фокус: Взаимосвязь между экзонами в структуре белков и эволюцией способности к сворачиванию.
• Экзоны и интроны: Изучалась роль экзонов (участков гена, кодирующих белки) и интронов (молчащих областей, удаляемых при трансляции гена в белок).
• Метод: Использование обширных данных геномной организации экзон-интрон и белковых последовательностей для оценки сохранности границ экзонов с помощью измерений, основанных на теории энергетических ландшафтов.

Исторический контекст и гипотеза:

В 1970-х годах, после открытия прерывистой структуры генов, была выдвинута гипотеза, что такая организация помогает строить сворачиваемые белки. Однако данные 1990-х годов были неоднозначными.

Результаты исследования:

Команда оценила экзоны как потенциальные модули белковой укладки в 38 распространённых и консервативных белковых семействах.

• Обнаружены отклонения в распределении размеров экзонов от экспоненциального затухания, что указывает на действие эволюционного отбора.
• Используя вычислительные методы, учёные измерили вероятность того, что цепь аминокислот, кодируемая экзоном, свернётся в стабильную 3D-структуру.
• Результаты показали, что хотя не все экзоны ведут к сворачиваемым модулям, наиболее консервативные экзоны (постоянно встречающиеся у разных организмов) соответствуют лучшим фолдонам (независимо сворачивающимся областям).

Выводы и значение:

• Установлена корреляция между сворачиваемостью белка и эволюцией в определённых семействах глобулярных белков.
• Однако общая тенденция не соблюдалась для всех белковых семейств, что предполагает влияние других биологических факторов на укладку и эволюцию белков.
• Работа прокладывает путь для будущих исследований, направленных на понимание этих дополнительных факторов и их влияния на эволюционную биологию.