단백질 진화에 대한 통찰력 | 사이언스데일리

라이스 대학의 Peter Wolynes와 그의 연구팀은 유사유전자(pseudogenes)로 알려진 특정 유전자 서열이 어떻게 진화하는지 이해하는 데 획기적인 발전을 이루었습니다. 그들의 논문은 5월 13일에 출판되었습니다. 국립과학원(National Academy of Sciences)의 간행물.

DR Bullard-Welch 재단의 과학 교수이자 화학, 생명과학, 물리학, 천문학 교수이자 이론생물물리학센터(CTBP)의 공동 소장인 Wolynes가 이끄는 팀은 해독의 복잡한 에너지 지형을 해독하는 데 중점을 두었습니다. 유사유전자에 상응하는 진화된 추정 단백질 서열.

유사유전자(Pseudogenes)는 한때 단백질을 암호화했지만 이후 서열 분해(devolution이라고 불리는 현상)로 인해 그렇게 할 수 있는 능력을 상실한 DNA의 일부입니다. 여기서 계승은 기능성 단백질 코딩 서열을 조절하는 일반적인 진화 압력 없이 발생하는 제한되지 않은 진화 과정을 나타냅니다.

비활성 상태에도 불구하고 유사유전자는 단백질의 진화 여정에 대한 창을 제공합니다.

“우리 논문은 단백질이 퇴화할 수 있다고 설명합니다.”라고 Wolynes는 말했습니다. “DNA 서열은 돌연변이나 다른 수단에 의해 단백질을 코딩하라는 신호를 잃을 수 있습니다. DNA는 계속해서 돌연변이를 일으키지만 접힐 수 있는 서열로 이어질 필요는 없습니다.”

연구자들은 진화되지 않은 게놈에서 정크 DNA를 연구했습니다. 그들의 연구에 따르면 유사유전자 서열에 돌연변이가 축적되면 일반적으로 상호작용을 안정화하는 기본 네트워크가 파괴되어 이러한 서열이 번역될 경우 기능성 단백질로 접히는 것이 어려워진다는 사실이 밝혀졌습니다.

그러나 연구자들은 특정 돌연변이가 이전의 생물학적 기능을 변경하는 대신 유사유전자의 접힘을 예기치 않게 안정화시키는 사례를 관찰했습니다.

그들은 사이클로필린 A(cyclophilin A), 프로필린-1(profilin-1), 작은 유비퀴틴 유사 변형자 2(small ubiquitin-like modifier 2) 단백질과 같은 특정 위유전자(pseudogene)를 확인했는데, 여기서 안정화 돌연변이는 다른 분자와 다른 기능에 결합하는 데 중요한 영역에서 발생했는데, 이는 단백질 안정성과 생물학적 활성 사이의 복잡한 균형을 암시합니다.

더욱이, 이 연구는 이전에 가짜 유전자로 만들어진 일부 유전자가 여러 돌연변이를 겪었음에도 불구하고 시간이 지남에 따라 단백질 코딩 기능을 회복할 수 있기 때문에 단백질 진화의 역동적인 특성을 강조합니다.

연구자들은 정교한 계산 모델을 사용하여 물리적 접힘 지형과 유사유전자의 진화적 지형 사이의 상호작용을 해석했습니다. 그들의 발견은 습곡 지형의 깔때기 모양 특성이 진화에서 비롯되었다는 증거를 제공합니다.

“단백질은 돌연변이나 다른 수단으로 인해 시간이 지남에 따라 단백질이 진화하지 않고 접힐 수 있는 능력이 손상될 수 있습니다.”라고 Wolynes는 말했습니다. “우리의 연구는 진화가 단백질의 접힘을 형성하고 있다는 최초의 직접적인 증거를 제공합니다.”

연구팀에는 Wolynes와 함께 수석 저자이자 응용 물리학 대학원생 Hana Jaafari가 포함되어 있습니다. CTBP 박사후 연구원 Carlos Bueno; 텍사스 대학교 달라스 대학원생 조나단 마틴(Jonathan Martin); UT-Dallas 생명과학과 부교수 Faruck Morcos; 및 CTBP 생물물리학 연구원 Nicholas P. Schafer.

이 연구의 의미는 이론적 생물학을 넘어 단백질 공학에 잠재적으로 응용될 수 있다고 Jaafari는 말했습니다.

Jaafari는 “실험실의 누군가가 물리적으로 더 안정적인 유사 유전자에 어떤 일이 일어나는지 확인하기 위해 우리의 결과를 확인할 수 있는지 보는 것은 흥미로울 것”이라고 말했습니다. “우리는 분석을 바탕으로 아이디어를 얻었지만 실험적으로 검증하는 것이 중요합니다.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240513165522.htm