PNAS：片段基因编码的蛋白质会被折叠成片段吗?

莱斯大学的Peter Wolynes领导的一项新研究为可折叠蛋白质的进化提供了新的见解。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

莱斯大学和布宜诺斯艾利斯大学的研究人员利用能量景观理论来区分蛋白质序列的可折叠部分和不可折叠部分。他们的研究阐明了一个正在进行的争论，即在起源过程中仅编码部分蛋白质的DNA片段是否可以自行折叠。 

研究人员将重点放在蛋白质结构外显子与蛋白质可折叠性进化之间的广泛关系上。他们强调了外显子和内含子的重要性，外显子是基因中编码蛋白质的部分，内含子是基因翻译成蛋白质时被丢弃的沉默区域。 

“利用广泛的基因组外显子-内含子组织和蛋白质序列数据，我们探索了外显子边界守恒，并使用能量景观理论测量评估了它的行为，”理论生物物理中心(CTBP)的联合主任Wolynes说。 

当基因片段在20世纪70年代被发现时，人们立即提出，通过分解序列，这种结构有助于构建可折叠的蛋白质。Wolynes说，当研究人员在20世纪90年代再次研究这个问题时，现有的数据是模棱两可的。 

该团队现在已经评估了外显子作为38个丰富且保守的蛋白质家族的潜在蛋白质折叠模块。几代人之后，外显子可以沿着基因组随机移动，导致基因的重大变化和新蛋白质的产生。研究结果表明外显子大小分布偏离指数衰减，表明存在进化选择。 

“蛋白质折叠和进化是密切相关的现象，”布宜诺斯艾利斯大学(University of Buenos Aires)博士后研究员Ezequiel Galpern说。 

天然蛋白质是线性氨基酸链，通常折叠成紧凑的三维结构来执行生物功能。氨基酸的特定序列决定了最终的三维结构。因此，外显子翻译成独立折叠的蛋白质区域或折叠子的想法非常有吸引力。 

利用计算方法，研究人员测量了由外显子编码的氨基酸链折叠成稳定的3D结构的可能性，类似于完整的蛋白质。他们的结果表明，虽然不是所有的外显子都能产生可折叠的模块，但在不同的生物体中一致发现的最保守的外显子与更好的折叠子相对应。 

该研究发现，在某些球状蛋白家族中，蛋白质折叠和进化之间存在相关性。蛋白质折叠涉及氨基酸链在空间上的折叠，以在相关的时间尺度内完成生物学功能。这种相关性是蛋白质科学中的一个基本概念，使用基因组数据和能量函数进行评估。 

有趣的是，并不是所有的蛋白质家族都有这种普遍趋势，这表明其他生物因素可能影响蛋白质折叠和进化。研究人员的工作为未来的研究铺平了道路，以了解这些额外的因素及其对进化生物学的影响。