Биологи из России, США, Чехии, Израиля и Испании впервые смогли измерить взаимодействие многих мутаций в одной белковой молекуле, говорится в пресс-релизе Института биоорганической химии РАН, полученном «Лентой.ру». Для этого ученые изучили десятки тысяч мутантов зеленого флуоресцентного белка из медузы Aequorea victoria. Это позволяет прояснить механизмы белковой эволюции. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Ученые придумали способ одновременно измерить функциональность десятков тысяч мутантов одного белка и воспользовались им, чтобы определить, как влияние мутаций на яркость зеленого флуоресцентного белка зависит от присутствия в гене других мутаций. Исследователи изучили эволюционный ландшафт, высота точек на котором показывает приспособленность особей в зависимости от их генотипа.
Ландшафт приспособленности зеленого флуоресцентного белка и диаграмма последовательности зеленого флуоресцентного белка
Изображение: ИБХ РАН
До недавнего времени научные методы не позволяли получать достаточного количества экспериментальных данных, чтобы исследовать эволюционные ландшафты. Для того чтобы измерить функциональность мутантов, ученые заставили мутантные гены работать в клетках бактерии Escherichia coli, а затем рассортировали клетки в зависимости от яркости их флуоресценции. Расшифровка мутантных генов из каждой пробирки и последующий анализ позволил сопоставить яркость флуоресценции каждого мутанта с его генотипом.
Молекулярные биологи обнаружили, что только каждая четвертая мутация оказывается нейтральна, большинство же мутаций негативно сказывается на функциональности белка. Даже одна вредная мутация усугубляет эффект от других мутаций, что приводит к полной дисфункции белка. При определенном критическом значении белок просто перестает сворачиваться, вне зависимости от того, какой эффект эти мутации оказывают по отдельности и где они располагаются.
Эффект от взаимодействующих мутаций имеет важное значение для смежных областей науки. Одной из основных задач современной медицинской генетики является изучение заболеваний, частично обусловленных генами, например, различных нарушений сердечно-сосудистой системы.