莱斯大学的彼得·沃林斯和他的研究小组在理解特定基因序列(称为假基因)如何进化方面取得了突破。他们的论文于5 月 13 日发表在《美国国家科学院院刊》上。

由 DR Bullard-Welch 基金会科学教授、化学、生物科学、物理学和天文学教授以及理论生物物理中心 (CTBP) 联合主任 Wolynes 领导，该团队致力于破译复杂的能量景观。进化的、与假基因相对应的推定蛋白质序列。

假基因是曾经编码蛋白质的 DNA 片段，但由于序列降解(这种现象称为“退化”)而失去了编码蛋白质的能力。在这里，权力下放代表了一种不受约束的进化过程，该过程在没有调节功能性蛋白质编码序列的通常进化压力的情况下发生。

尽管处于非活性状态，假基因仍为了解蛋白质的进化历程提供了一个窗口。

“我们的论文解释了蛋白质可以退化，”沃林斯说。 “DNA 序列可能会通过突变或其他方式失去告诉它编码蛋白质的信号。DNA 会继续突变，但不一定会产生可以折叠的序列。”

研究人员研究了已经退化的基因组中的垃圾DNA。他们的研究表明，假基因序列中的突变积累通常会破坏稳定相互作用的天然网络，这使得这些序列(如果要翻译的话)难以折叠成功能蛋白。

然而，研究人员观察到某些突变出乎意料地稳定了假基因的折叠，但代价是改变了其先前的生物学功能。

他们鉴定了特定的假基因，例如亲环蛋白 A、profilin-1 和小型泛素样修饰剂 2 蛋白，其中稳定突变发生在与其他分子和其他功能结合的关键区域，这表明蛋白质稳定性和生物活性之间存在复杂的平衡。

此外，该研究强调了蛋白质进化的动态性质，因为一些先前假基因化的基因尽管经历了多次突变，但随着时间的推移可能会重新获得其蛋白质编码功能。

研究人员使用复杂的计算模型解释了物理折叠景观和假基因进化景观之间的相互作用。他们的发现提供了证据，证明折叠景观的漏斗状特征来自进化。

沃林斯说：“随着时间的推移，蛋白质可能会因突变或其他原因而退化，其折叠能力也会受到损害。” “我们的研究提供了第一个直接证据，证明进化正在塑造蛋白质的折叠。”

与 Wolynes 一起，该研究团队还包括主要作者、应用物理学研究生 Hana Jaafari; CTBP 博士后助理卡洛斯·布埃诺 (Carlos Bueno);德克萨斯大学达拉斯分校研究生乔纳森·马丁; Faruck Morcos，德克萨斯大学达拉斯分校生物科学系副教授;和 CTBP 生物物理学研究员 Nicholas P. Schafer。

贾法里说，这项研究的意义超出了理论生物学的范围，在蛋白质工程中具有潜在的应用。

贾法里说：“看看实验室的人是否可以证实我们的结果，看看物理上更稳定的假基因会发生什么，这将是很有趣的。” “根据我们的分析，我们有了一个想法，但获得一些实验验证是很有吸引力的。”

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