Светящиеся медузы помогли учёным из РФ раскрыть тайны эволюции белков
12 мая 2016 года. Россия
Рубрика: Флора и фауна
Вернуться в новостную ленту
Светящиеся медузы помогли учёным из РФ раскрыть тайны эволюции белков
Учёные из России и зарубежных стран впервые смогли проследить за тем, как мутации в сложных белковых молекулах влияют друг на друга и на работу всего белка в целом, изучив тысячи разных вариантов белка, заставляющего медуз светиться зелёным цветом, говорится в статье, опубликованной в журнале «Nature».«Нас интересовал вопрос, как накапливающиеся в белке мутации взаимодействуют между собой, и как часто это может происходить в белковой эволюции. Мы придумали способ одновременно измерить функциональность десятков тысяч мутантов одного белка и воспользовались им, чтобы определить, как влияние мутаций на яркость зелёного флуоресцентного белка зависит от присутствия в гене других мутаций», — объясняет Карен Саркисян из Института биоорганической химии РАН в Москве.
Саркисян и его коллеги, в том числе учёные из МФТИ, МГУ, Нижегородской медицинской академии и Института белка РАН, составили первую карту так называемого «ландшафта приспособленности». Под этим словом учёные понимают гигантскую «матрицу» из всех возможных мутаций в одном гене, каждая из которых или взаимодействие которых особым образом влияет на выживание организма в целом.
Подобные «ландшафты», как рассказывают генетики, давно интересуют учёных, однако их изучение было затруднено техническими возможностями. Даже самые простые белки, важные для выживания живых существ, состоят из многих сотен звеньев-аминокислот, и для изучения влияния каждой из них на устройство этого генетического мира потребовались бы годы, если бы не десятилетия.
Эту проблему Саркисяну и его коллегам помог решить ген GFP — участок ДНК медуз вида Aequorea victoria, содержащий в себе инструкции по сбору молекул одноимённого белка, светящегося зелёным светом при облучении ультрафиолетом или синим цветом. Сила свечения этой молекулы, как объясняют генетики, зависит от того, как «свернут» белок и как его аминокислоты взаимодействуют друг с другом, что позволило российским учёным и их зарубежным коллегам изучить то, как несколько десятков тысяч мутаций в GFP влияют на его работу.
Руководствуясь этой идеей, учёные подготовили примерно 50 тысяч мутантных версий GFP, вставленных в клетки обычной кишечной палочки, и рассортировали бактерий по яркости, используя специальный прибор-сортер. После этого биологи расшифровали ДНК микробов и сопоставили изменения в структуре белка и гена с тем, как менялась яркость его свечения.
Как оказалось, генетический «ландшафт приспособленности» был крайне суровым — три из четырёх мутаций оказывались вредными для работы GFP, и появление каждой новой мутации такого рода усугубляло негативное действие последующих изменений в структуре гена.
«Мы ожидали увидеть, что друг на друга будут влиять аминокислоты, расположенные близко в структуре белка. Вместо этого оказалось, что пары взаимодействующих мутаций распределены по структуре белка, на первый взгляд, довольно случайно», — добавляет Дмитрий Болотин, коллега Саркисяна по институту. По его словам, это необычный факт может скрывать в себе природный механизм защиты белков от накопления чрезмерного количества мутаций.
Данное открытие, как считают авторы статьи, может быть ключом к пониманию того, почему многие болезни, предположительно связанные с генетическими факторами, обусловлены не единичными мутациями в одном ключевом гене, а десятками и даже сотнями мелких «опечаток» в структуре множества генов. Изучение «ландшафтов приспособленности» у этих белков, надеются учёные, поможет найти ключ к решению данной проблемы.
Перейти к источнику цитирования
Вернуться в новостную ленту
Гармония или трагедия? Масштабы воздействия человека на окружающую среду за последние десятилетия ...
Adapting to Climate Change in Eastern Europe and Cental Asia Many Eastern European and Former Soviet Union countries have been facing warmer temperatures and a changing hydrology, with more droughts, floods, ...