Proteinevolution undersökt i detalj

Proteiner styr de flesta av cellens processer. Genom slumpmässiga mutationer förändras våra proteiner över årmiljonerna utan att funktionen ändras. Men ibland uppkommer nya funktioner till följd av förändringar i proteiner. Forskare på Uppsala universitet har i detalj studerat ett sådant fall: hur en ny interaktion mellan två proteiner uppkom och förstärktes. Resultaten som publiceras i Science Advances visar att flera faktorer samverkar när bindningsstyrkan mellan proteinerna optimeras.

I en tidigare studie rekonstruerade forskarna de två interagerande proteinerna från olika sedan länge utdöda organismer. En av organismerna var den gemensamma förfadern till de flesta djurgrupper som finns idag och som levde för ungefär 600 miljoner år sedan. Den andra var en tidig fisk som levde för 440 miljoner år sedan. Proteiner från dessa djur återupplivades i laboratoriet och studerades med olika metoder. Nu har teamet använt kärnmagnetisk resonans, NMR, för att i detalj undersöka hur dessa proteiner samt moderna proteiner från människa ser ut på molekylär nivå och hur deras interaktion förändrats.

- Vi kan se hur de äldsta proteinerna som binder svagare till varandra uppvisar skillnader i både struktur – hur proteinerna ser ut –, och dynamik – hur de rör sig– jämfört med de modernare varianterna, säger Celestine Chi som har lett studien tillsammans med Per Jemth, båda på institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi på Uppsala universitet.

De två proteinerna som kallas CBP/p300 och NCOA påverkar en cellulär process som kallas transkription, där DNA:t i vår arvsmassa används som mall för att tillverka ett templat av RNA som i sin tur används för att tillverka proteiner. Forskarna tror att mutationer i ett av de två proteinerna gjorde att de började interagera svagt för 600 miljoner år sedan vilket ledde till att transkriptionen blev lite mer effektiv. Ytterligare förändringar i både struktur och dynamik gjorde sedan att interaktionen optimerades och att funktionen etablerades.

- Vi är intresserade av hur proteiner förändras genom evolutionen och framförallt av hur nya funktioner kan uppkomma. Det finns fortfarande många obesvarade frågor vad gäller evolution på molekylär nivå, Vi kommer fortsätta att undersöka evolution av proteininteraktioner för att finna generella samband, säger Per Jemth.

Möjligheten att utföra denna typ av studier där man tittar på både struktur och dynamik hos proteiner har ökat inom Uppsala universitet i och med en ny NMR-facilitet som tillkommit genom ett unikt samarbete mellan Kemi BMC och Vetenskapsområdet för Medicin och Farmaci.

- Det finns nu ypperliga möjligheter att använda NMR inom Uppsala universitet, avslutar Celestine Chi.

Studien är ett samarbete mellan Uppsala universitet, ETH i Zürich, University of Buenos Aires och Stockholms universitet.

Jemth P, et al: Structure and dynamics conspire in the evolution of affinity between intrinsically disordered proteins, Science Advanced 2018, DOI10.1126/sciadv.aau4130

Kontakt:

Per Jemth, institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi, Uppsala universitet.
Telefon: 018-4714557; epost: per.jemth@imbim.uu.se

Celestine Chi, institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi, Uppsala universitet.
epost: celestine.chi@imbim.uu.se