科學家通過共同進化研究發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種蛋白質
發(fā)布時間：2019-07-18
隨著極其快速和準確的DNA測序技術的出現(xiàn)，遺傳數(shù)據(jù)正在堆積，但其中大部分仍有待解釋。為了弄清楚這些數(shù)據(jù)，研究人員利用基因中的DNA序列來檢測共同進化基因對。這些是成對的基因，其中一個不能在沒有相應的變化反映的情況下改變，以維持第一個的功能。
在華盛頓大學醫(yī)學院和哈佛大學之間的一個合作項目中，科學家通過在對齊蛋白質序列的某些殘基中尋找共同進化來發(fā)現(xiàn)蛋白質對相互作用。
細胞中的數(shù)千種蛋白質需要在物理化學水平上相互作用才能發(fā)揮其作用。例如，一些蛋白質必須聚集以啟動DNA復制，而其他蛋白質形成分子組裝，產(chǎn)生像肌肉一樣的纖維。然而，相互作用蛋白質的身份通常是未知的，并且需要花費大量的時間和金錢來確定配對蛋白質。
相反，共同進化可以幫助找到合適的蛋白質形成一對。在這種現(xiàn)象中，在兩個基因中發(fā)現(xiàn)了互補變化，這表明它們之間存在緊密聯(lián)系。
共同進化的一個這樣的例子是當一個基因經(jīng)歷突變時導致蛋白質產(chǎn)物的形狀改變。為了確保改變的蛋白質仍然可以與該對中第二個基因產(chǎn)生的蛋白質相互作用，后一個基因也經(jīng)歷相應的變化。已經(jīng)在測序的基因組中發(fā)現(xiàn)了這種改變。
該論文的第一作者錢聰說：“共同進化對于了解特定蛋白質如何相互作用是有用的，但我們現(xiàn)在可以將其用作發(fā)現(xiàn)的工具。”
該團隊研究了來自大腸桿菌的4000多個基因，并使用定制的統(tǒng)計工具將其與來自其他細菌的40,000多個DNA序列進行了比較。這有助于他們檢測4000個基因中的每一個是否共同進化。他們總共比較了540萬個蛋白質對。
比較進行了幾輪以確定哪些對具有最高的共同進化機會。篩選后，他們預測了1600多個蛋白質對相互作用。其中超過680個是非常意外的。然后，研究小組將他們的結果與使用已經(jīng)確定的蛋白質對相互作用的金標準集合的相同方法獲得的結果進行比較。
最后一步確認了共同進化方法在精確度方面超過了任何先前的篩選技術。這些包括基于蛋白質組的質譜和雙雜交篩選等技術。對于在代謝途徑中相互作用的蛋白質對，發(fā)現(xiàn)最強的共同進化，對于那些參與基因數(shù)據(jù)處理的蛋白質對是最弱的。
事實上，這些相互作用中的一些首次被識別出來，包括一些可以提高我們對生物反應的理解。例如，一個蛋白質 - 抗毒素對可能有助于研究人員理解為什么某些類型的大腸桿菌是其環(huán)境中的主要菌群。參與代謝途徑的PSstB蛋白被認為也在蛋白質的合成和體內(nèi)礦物質的通過中起作用。
他們用結核桿菌結核分枝桿菌中的390萬對蛋白重復了他們的方法，結核分枝桿菌與大腸桿菌有很遠的關系。他們能夠檢測到900多種蛋白質 - 蛋白質相互作用，其中95%是新的。其中至少70種可能是與毒力相關的蛋白質。這些發(fā)現(xiàn)有助于開發(fā)治療這種常見致命疾病的新方法。
