研究調(diào)節(jié)細(xì)胞操作的蛋白質(zhì)的一些分子生物學(xué)家，包括馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的Elizabeth Vierling，并不局限于他們的研究，以了解分子的當(dāng)前作用。他們還深入了解蛋白質(zhì)的進(jìn)化過去，探索哪些結(jié)構(gòu)允許具有新功能的蛋白質(zhì)發(fā)展以滿足新的需求。

作為植物如何應(yīng)對高溫的專家，Vierling多年來的興趣一直是小型熱休克蛋白(HSPs)，它在高溫下積累在植物中，并且似乎充當(dāng)“分子伴侶”以保護(hù)其他蛋白質(zhì)免受損害。

對于當(dāng)前發(fā)行的科學(xué)報(bào)道的工作，Vierling，Indu Santhanagoplan和Eman Basha在UMass Amherst和Vierling的長期合作者，Justin Benesch和他的牛津大學(xué)小組，蛋白質(zhì)生物物理專家，研究了兩種類型的小型HSP來解決他們所謂的問題。一個(gè)“基本的進(jìn)化難題”。也就是說，兩種不同類型的小型熱電聯(lián)產(chǎn)(I類和II類)如何從4億多年前的單一類型演變?yōu)樾纬删哂胁煌δ艿膬煞N不同類型。

“當(dāng)你研究蛋白質(zhì)功能時(shí)，考慮進(jìn)化是非常重要的，因?yàn)樗梢蕴峁撛诠δ懿町惖亩床?，以及對功能重要的功能?rdquo;Vierling指出。

她解釋說：“我們知道，苔蘚，一些生活在陸地上的植物，以及我們周圍所見的所有其他植物，都可以生產(chǎn)I級(jí)和II級(jí)小型HSP。我們還證明了這兩種小型HSP具有不同的功能，但它們的確切工作原理尚不清楚。但是，在陸地植物之前出現(xiàn)的藻類只有一種這樣的小型HSP。因此，有時(shí)植物生長在陸地上所需的功能，它們基本上復(fù)制了它們的單一小型HSP可以創(chuàng)造兩種類型的小型熱電聯(lián)產(chǎn)，這一定是有利的。“

她補(bǔ)充道，如果每個(gè)人都扮演一個(gè)單位的角色，那么小型HSP可以復(fù)制自己并繼續(xù)進(jìn)化。“但大多數(shù)蛋白質(zhì)都在復(fù)合物中起作用，”她指出，“與更多相同蛋白質(zhì)單位或不同蛋白質(zhì)單位的合作伙伴。這使得開發(fā)新功能更加困難，因?yàn)樾鹿δ芸赡苄枰淖兒献骰锇椤Ｐ潞献骰锇椴粌H有彼此適合，但也可能不必混雜。也就是說，它們不能與原始單元一起復(fù)雜化。小型HSP就是這種情況，它們組裝成12個(gè)相同單元的十二極管。 “

分子生物學(xué)家說：“數(shù)百萬年前發(fā)生了小的HSP復(fù)制”，兩者本來就是一樣的，就像克隆一樣。在某些時(shí)候，它們產(chǎn)生了足夠的差異，以至于它們不再共同組裝了。做不同的事。“

對于這項(xiàng)工作，Vierling說她的實(shí)驗(yàn)室提供了關(guān)于兩個(gè)小型HSP的知識(shí)并了解它們的功能差異。他們還創(chuàng)造了一種突變蛋白，對于證明兩者之間的結(jié)構(gòu)相似性和差異非常重要。Benesch的實(shí)驗(yàn)室貢獻(xiàn)了蛋白質(zhì)先進(jìn)生物物理特性，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和組裝原理以及圍繞這些原理的生物物理學(xué)方面的專業(yè)知識(shí)。

Vierling說，通常當(dāng)研究人員觀察蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)如何組裝時(shí)，他們會(huì)看到結(jié)構(gòu)接觸的位置，因?yàn)檫@是它們兼容的地方。“對這項(xiàng)工作的一個(gè)新理解是，我們發(fā)現(xiàn)有些地方遠(yuǎn)離相互作用的表面會(huì)影響它們是否可以組裝。所以你不能只看它們彼此接觸的地方，你必須看看其他因素“。

她補(bǔ)充說：“本文做了所有花哨的生物化學(xué)和生物物理學(xué)，以說明為什么這兩個(gè)小型熱電聯(lián)產(chǎn)不能共同組裝。原因與最終結(jié)構(gòu)的能量學(xué)有關(guān)，而且一些數(shù)據(jù)對于進(jìn)化生物學(xué)家來說可能是相當(dāng)深?yuàn)W的。但由于物理原理控制蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和相互作用，這些是蛋白質(zhì)進(jìn)化研究中需要考慮的重要因素。這項(xiàng)工作還進(jìn)一步鞏固了這兩種小型熱水瓶在細(xì)胞中具有非常獨(dú)特作用的認(rèn)識(shí)。“

除了實(shí)驗(yàn)之外，該團(tuán)隊(duì)還使用計(jì)算機(jī)模擬來觀察兩種蛋白質(zhì)相互撞擊時(shí)的外觀變化如何影響它們作為十二聚體或十二部分組裝的能力。最初的共同作者之一Georg Hochberg也對蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了廣泛的生物信息學(xué)分析，以使工作進(jìn)入廣泛的進(jìn)化背景。

她說，“當(dāng)數(shù)據(jù)匯總在一起時(shí)，基本物理參數(shù)的計(jì)算可以證明制造相同類型亞基的十二聚體是有利的。這不僅是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)部分的變化非常小。在十二聚體中粘在一起，但也是由于蛋白質(zhì)的一部分在它們粘在一起之前就會(huì)翻轉(zhuǎn)。這些信息與設(shè)計(jì)可以以新方式起作用的蛋白質(zhì)復(fù)合物有關(guān)。“

此外，數(shù)據(jù)預(yù)測與許多相同單位如I類和II類小HSP的復(fù)合物在性質(zhì)上是罕見的，這表明它們對植物的重要性不應(yīng)低估，并且定義它們在植物保護(hù)中的精確作用模式是一個(gè)重要目標(biāo)。Vierling是UMass Amherst應(yīng)用生命科學(xué)研究所的模型到醫(yī)學(xué)(M2M)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)組的成員，得到了美國國立衛(wèi)生研究院和馬薩諸塞州生命科學(xué)中心的支持。