新生蛋白质和随机产生的蛋白质有什么不同？

来源：作者：人气：-发表时间：2023-04-20 14:26:00【大中小】

摘要：在一系列实验中，来自Münster和布拉格的一组研究人员比较了从头蛋白质和随机序列蛋白质，观察它们的稳定性和溶解度。这些结果将推动这一新领域的基础研究。

蛋白质是每个细胞的组成部分。长期以来，人们一直在研究它们在进化过程中是如何改变以在体内发挥新功能的。事实上，蛋白质可以从无到有地出现——在基因组以前的非编码部分中，从随机出现的新的DNA结构中出现——这一事实只是在相对较近的时间里才得到证实，与“传统”进化过程相比，它并没有成为太多研究的对象。由布拉格大学的生物化学家Klára Hlouchová博士和Münster大学的生物信息学专家Erich Bornberg-Bauer教授领导的捷克和德国研究小组现在首次进行了实验，将新生蛋白质与计算机生成的蛋白质在稳定性和溶解度方面进行了比较，并能够证明它们之间存在微小但显著的差异。这项研究发表在最新一期的《Nature Ecology and Evolution》杂志上。

图1 新生蛋白质与计算机生成的蛋白质之间存在微小但显著的差异

研究小组比较了两种蛋白质:一种是出现在果蝇和人类身上的1800种候选新生蛋白质，它们以DNA的形式存在于基因组的非基因部分，另一种是计算机随机生成的蛋白质。虽然有关结构的预测——研究人员在各种计算机程序的帮助下进行的——对这两类蛋白质进行了非常相似的分类，但在实验室进行的调查显示了预测没有显示出来的微小差异。例如，根据所谓的二级结构，实验室实验中的新生蛋白质平均显示出略高的溶解度。

图2 文库设计，合成和实验路线

以前的研究经常从纯理论的角度来研究新生进化，检查大量的数据集。另一方面，实验研究主要是研究单个的新生蛋白质。虽然在理论研究中已经进行了新生蛋白与随机生成序列的比较，但从未在实验中得到验证。由于新生蛋白相对年轻，出现在暴露于很少或没有进化压力的非编码DNA中，这些蛋白质更容易与随机生成的蛋白质相比，而不是与旧的已建立的蛋白质相比。

新研究使用计算机程序来预测蛋白质的性质。研究人员生产了实验分析所需的蛋白质，并通过质谱分析对其进行了仔细检查。在进一步的实验中，他们添加了一种蛋白质降解酶，这使他们能够测试有多少蛋白质实际上被降解了，然后得出关于它们稳定性的结论。为了研究蛋白质的溶解度，研究小组使用大肠杆菌的分子转运机制作为指标。由此鉴定出的可溶性蛋白通过新一代DNA测序得到了更精确的定义。

图3 对于从头随机序列和未进化的随机序列，生物物理预测是相似的，并表明两者都具有很高的结构潜力。

来自Münster的主要作者Brennen Heames说:“我们还发现，尽管新生蛋白质的起源如此年轻，但它们可以比我们预期的随机出现的蛋白质更好地整合到细胞中。这些结果表明，自然选择发生在这些蛋白质出现的早期阶段。”

Münster小组的合著者Margaux Aubel补充说:“我们的结果对从头进化领域的基础研究特别有用。但在我们的数据集中，我们研究了许多人类新生蛋白的溶解性和聚集能力。后一种能力在多种疾病中发挥作用，一些研究已经表明，新生蛋白也可能与疾病有关。也许我们的结果将帮助我们更多地了解这些迄今为止尚未研究的蛋白质在疾病发展中的作用。”

参考资料：

[1] Experimental characterisation of de novo proteins and their unevolved random-sequence counterparts