Как лодку может сбить с курса бревно на ее пути, так и одна случайная мутация может направить жизнь в новом направлении. Этот сценарий, как говорит биохимик из Орегонского университета Кен Прехода, иллюстрирует, как случайная мутация вызвала огромный скачок в эволюционном ходе белка, важного для эволюции животных.
В январе Прехода был в команде, которая обнаружила, что случайная мутация 600 миллионов лет назад в одноклеточном организме создала новое семейство белков, важных для многоклеточной жизни. В новой статье Прехода и его коллеги описывают, что мутация сделала с исходным белком, ферментом, известным как гуанилаткиназа.
Документ, опубликованный сейчас в Интернете, будет представлен с иллюстрацией на обложке номера журнала Американского химического общества от 23 ноября.
Мутации происходят случайным образом. Большинство из них плохие. По словам Преходы, их лучшее понимание может привести к новым методам лечения таких заболеваний человека, как рак. Иногда мутация полезна, помогая организму адаптироваться к изменениям окружающей среды или повышая общую приспособленность.
Лаборатория Преходы изначально использовала молекулярную технику, называемую реконструкцией белков предков. Этот метод позволяет исследователям двигаться назад по эволюционному дереву, чтобы увидеть молекулярные изменения и сделать вывод о том, как белки вели себя в прошлом.
Для нового исследования лаборатория Преходы сотрудничала с исследователями из Медицинского колледжа Висконсина, которые изучали, могла ли обнаруженная ими мутация изменить гибкость белка. Затем его команда обратилась к компьютерному моделированию в Центре исследований высокопроизводительных вычислений UO, чтобы изучить, как измененная гибкость, которую они выделили, в свою очередь, привела к изменениям во взаимодействиях белков..
«Мы обнаружили, что эта мутация, которая помогла нашему одноклеточному предку стать многоклеточным и в конечном итоге привела к совершенно новому семейству белков, специфичных для животных, сделала это очень интересным образом», - сказал Прехода, который является директором Института молекулярной биологии UO. «Удивительно, но эта единственная мутация взяла белок, который был действительно гибким - важная черта для его старой работы, - и сделала его намного более жестким, чтобы он мог перейти к новой функции».
Мутация, которую исследователи назвали s36P, вызвала каскад событий, в которых взаимодействия гуанилаткиназы пошли новыми путями и эволюционировали в более сложные многоклеточные организмы, сказал Прехода. Он добавил, что эта мутация до сих пор сохраняется у всех животных.
«Многие белки, которые выполняют работу в нашем организме, можно рассматривать как молекулярные машины», - сказал Прехода. «Они двигаются таким образом, который скоординирован с функцией. Каждый белок вращается по кругу или движется вдоль филаментов. Наш белок до мутации был ферментом, у которого были определенные гибкие движения, связанные с его функцией. Эта одна мутация зафиксировала основу белка., придавая молекуле форму, важную для ее новой функции».
Прехода и его коллеги сообщили об открытии мутации в статье, опубликованной 7 января в журнале eLife.