科學家首次確定一種重要人類蛋白的進化史(圖)

　　作者：任霄

　　美國科學家進行的一項最新研究，首次確定了一種重要人類蛋白——腎上腺皮質激素受體(glucocorticoid receptor，簡稱GR)的遠古原子結構，並且揭示出它在4.5億年歷史中的進化細節。這項前所未有的研究有助於解開長期以來科學家在進化遺傳學上的一些爭論。相關論文8月16日在線發表於《科學》雜志。

　　論文高級作者、美國俄勒岡大學的Joseph Thornton表示，『我們從來沒有看得如此清楚、如此遠過。新的研究讓我們從原子水平看清了進化塑造分子機器的精確機制，並推測出了這一歷史進化事件的順序過程。』

　　在最新的研究中，Thornton和博士後Jamie Bridgham利用強大的計算和分子技術，重建了GR蛋白的遠古祖先。隨後，他們與美國北卡羅萊納大學的生物化學家Eric Ortlund和Matthew Redinbo一道，利用美國Argonne國家實驗室先進光子源(Advanced Photon Source)的超高能X射線，繪制了遠古蛋白當中2000個原子的精確位置圖。在此基礎上，研究人員追溯研究了過去4.5億年裡，該蛋白的原子架構是如何改變，從而進化出現今的特殊功能——讓細胞能夠響應皮質醇(cortisol)。

　　通過分析原子結構，研究人員發現，在幾億年的時間裡，遠古GR蛋白共發生了7次較大的變異。同時，科學家認為，GR蛋白要能夠對皮質醇產生響應，在這幾次主要變異之前，都必須發生一些相對較小甚至可以忽略的『自由變異』(permissive mutations)。在這種關聯的基礎上，研究人員最終推測出了GR蛋白所有基因變異的順序。

　　研究結果表明，GR蛋白所發生的最根本的變異是使蛋白的某一區域整體發生了重新裝配，從而使一部分原子接近皮質醇。而這一區域發生的另一個重要變異創建了原子與皮質醇的新的緊密的相互作用。值得注意的是，在這兩個過程之前GR蛋白發生了許多『自由變異』，這從結構上支橕了GR蛋白的特定部分，使其能夠承受最終的改變。

　　Thornton表示，這些自由變異完全是碰巧發生的事情，但如果不是它們首先發生，之後的較大變異就不會是一條通向GR蛋白新功能的進化之路。要是幾億年的過程重新來過，現在出現的很可能就是完全不同的基因序列和蛋白功能機制。

　　NSF項目主任Dianna Padilla評價說，『該研究成果是許多科學家的夢想，它解答了一個十分重要的問題，即適應性是通過較大的還是較小的變異發生的。新的研究結果說明，小的變異纔能使較大的適應性發生並且得到改善。』(科學網任霄鵬/編譯)