美科學(xué)家確定一種人類蛋白進(jìn)化細(xì)節(jié)

人類腎上腺皮質(zhì)激素受體蛋白在4.5億年的時間里發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，zui終進(jìn)化出了特定的功能。

    美國科學(xué)家進(jìn)行的一項研究確定了一種重要人類蛋白——腎上腺皮質(zhì)激素受體（GR）的遠(yuǎn)古原子結(jié)構(gòu)，并且揭示出它在4.5億年歷史中的進(jìn)化細(xì)節(jié)。這項的研究有助于澄清長期以來科學(xué)家在進(jìn)化遺傳學(xué)上的一些爭論。相關(guān)論文日前在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志上。
 
    論文作者、美國俄勒岡大學(xué)的Joseph Thornton表示：“我們從來沒有看得如此清楚、如此遠(yuǎn)。新的研究讓我們從原子水平看清了進(jìn)化塑造分子機(jī)器的機(jī)制，并推測出了這一歷史進(jìn)化事件的順序過程。”
 
    在的研究中，Thornton和博士后Jamie Bridgham利用強(qiáng)大的計算和分子技術(shù)，重建了GR蛋白的遠(yuǎn)古祖先。隨后，他們與北卡羅萊納大學(xué)的生物化學(xué)家Eric Ortlund和Matthew Redinbo一道，利用美國Argonne國家實驗室先進(jìn)光子源的超高能X射線，繪制了遠(yuǎn)古蛋白當(dāng)中2000個原子的位置圖。在此基礎(chǔ)上，研究人員追溯研究了過去4.5億年里，該蛋白的原子架構(gòu)是經(jīng)過怎樣改變，從而進(jìn)化出現(xiàn)今的特殊功能——讓細(xì)胞能夠響應(yīng)皮質(zhì)醇。

    通過分析原子結(jié)構(gòu)，研究人員發(fā)現(xiàn)，在幾億年的時間里，遠(yuǎn)古GR蛋白共發(fā)生了7次較大的變異。同時，科學(xué)家認(rèn)為，GR蛋白如果要對皮質(zhì)醇產(chǎn)生響應(yīng)，則在幾次主要變異之前，都必須發(fā)生一些相對較小甚至可以忽略的“自由變異”。在這種關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，研究人員zui終推測出了GR蛋白所有基因變異的順序。

    研究結(jié)果表明，GR蛋白所發(fā)生的zui根本的變異是使蛋白的某一區(qū)域整體發(fā)生了重新裝配，從而使一部分原子接近皮質(zhì)醇。而這一區(qū)域發(fā)生的另一個重要變異創(chuàng)建了原子與皮質(zhì)醇新的緊密相互作用。值得注意的是，在這兩個過程之前，GR蛋白發(fā)生了許多“自由變異”，這從結(jié)構(gòu)上支撐了GR蛋白的特定部分，使其能夠承受zui終的改變。  

    Thornton表示，這些自由變異*是碰巧發(fā)生的事情，但如果不是它們首先發(fā)生，之后的較大變異就不會是一條通向GR蛋白新功能的進(jìn)化之路。要是幾億年的過程重新來過，現(xiàn)在出現(xiàn)的很可能就是*不同的基因序列和蛋白功能機(jī)制。  

    NSF項目主任Dianna Padilla評價說：“該研究成果是許多科學(xué)家的夢想，它解答了一個十分重要的問題，即適應(yīng)性是通過較大的還是較小的變異發(fā)生的。新的研究結(jié)果說明，小的變異才能使較大的適應(yīng)性發(fā)生并且得到改善。”

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