Новое исследование, проведенное учеными из Научно-исследовательского института Скриппса (TSRI), показывает, что человеческий фермент мало изменился со времен своего существования в качестве бактериального фермента. На самом деле фермент уникален своей способностью изменять свою форму и свою работу в клетках, не изменяя своей базовой архитектуры.
«Эта работа иллюстрирует эффективность природы - то, как она может брать одно и превращать его в другое, изменив то здесь, то там», - сказал Пол Шиммель, профессор TSRI и старший автор нового исследования.
Выводы были недавно опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Уникальный фермент
Шиммель и его коллеги сосредоточились на члене семейства ферментов, называемых аминоацил-тРНК-синтетазами. Эти ферменты произошли от древних бактерий, где они расшифровывают генетическую информацию, чтобы помочь производить аминокислоты. Со временем ферменты эволюционировали, чтобы выполнять еще больше функций в сложных формах жизни, таких как люди.
«Аминоацил-тРНК-синтетазы связаны и, как мы считаем, необходимы для построения сложных организмов, таких как создание тканей и органов у людей», - объяснил Шиммель.
Эти новые функции контролируются «декорациями» или дополнениями к архитектуре аминоацил-тРНК-синтетазы, которые обычно отсутствуют у бактерий; однако существует одна аминоацил-тРНК-синтетаза, называемая AlaRS, в которой отсутствуют какие-либо новые декорации. AlaRS каким-то образом выполняет новые роли у людей, используя в своей структуре ранее существовавший бактериальный домен.
«AlaRS представляет собой исключение из того, что мы считали «правилом», - сказал Шиммель.
Секрет AlaRS
Ученые в новом исследовании более внимательно изучили AlaRS, используя два метода визуализации: рентгеновскую кристаллографию и малоугловое рассеяние рентгеновских лучей. Изображения в сочетании с функциональным анализом показали, что домен структуры AlaRS, названный C-Ala, был изменен, чтобы взять на себя новую роль в организме человека. Конечный результат такой же, как если бы AlaRS получил новую награду.
Шиммель сравнил это с изменением формы крыла самолета, которое вместо этого служило ему хвостом. «Природа предоставила способы изменения формы объектов, таких как C-Ala, и когда это происходит, появляются новые функции», - сказал он.
Шиммель сказал, что следующим шагом будет выяснить функцию человеческого C-Ala. Эта работа может пролить свет на заболевания, связанные с мутациями аминоацил-тРНК-синтетаз, такие как нейродегенеративное заболевание Шарко-Мари-Тута.