基因产生的蛋白质负责粘稠的粘液-被称为黏蛋白质量已经进化一次又一次地从无关的基因在哺乳动物中,根据公布的一项研究科学的进步。研究49种哺乳动物,背后的布法罗大学的团队研究发现15这个“意外”进化过程的例子。
粘液是干什么的?和它是如何进化的?
黏蛋白是一组大的蛋白质在体内重要的功能——例如,它们的主要功能之一是作为我们的先天免疫系统的一部分,形成物理屏障对致病细菌。黏蛋白在唾液中发现外套我们的牙齿防止蛀牙变形链球菌,而其他人陷阱和明确的过敏原和碎片在气道粘膜表面。
高度糖基化黏蛋白,这意味着他们涂以糖分子(聚糖)给他们凝胶状的一致性。许多网站这些蛋白质糖基化的功能重复序列的氨基酸构建块称为脯氨酸(P)、苏氨酸(T)和丝氨酸(年代)。这些“分”重复黏蛋白的定义特征。
提供的基因蓝图黏蛋白引发了大量的遗传学家的兴趣,因为它们不是按他们的祖先分组(很像狮子和老虎,共享一个共同的大猫的祖先),相反,他们是按功能分组(如海豚和鲨鱼——他们是无关的,但都是海洋捕食者和身体类似)。有些粘蛋白基因“lineage-specific”。这些共享一个共同的祖先,分为两组——gel-forming分泌黏蛋白和膜结合黏蛋白。然而,有三分之一的人口不属于的黏蛋白要么这些家庭,命名“孤儿”黏蛋白因为他们没有血缘关系。
在最近的研究中,研究人员旨在回答这个问题:这些孤儿粘液基因是如何进化的?研究各种哺乳动物的基因组,研究小组提出了一个新的进化模型的基因可以获得新的功能添加在许多短,重复区域的遗传密码。专注于粘蛋白进化,研究者建议non-mucin基因“mucinized”的添加剂获得分重复的过程,发生在平行在许多不同的哺乳动物。
独立的“孤儿”黏蛋白的进化
调查孤儿粘蛋白基因是如何进化的,研究者通过不同物种基因组的挑选与分重复基因,粘蛋白功能的可靠指标。最初使用人类,老鼠,牛和雪貂的基因组,他们发现大多数黏蛋白事实上之间共享这些哺乳动物。然而,至少有一个粘蛋白基因被发现的每个物种——包括六个独有的雪貂粘蛋白基因。大多数基因被发现在所谓的分泌钙结合磷蛋白质(SCPP)轨迹,让研究人员缩小搜索这个基因组的一个前景看好的领域。
然后团队探索SCPP位点49其他哺乳动物,识别粘蛋白基因和寻找这可能与另一个和拥有类似的DNA序列。从这个保守的搜索,研究人员发现15独特的粘蛋白基因的进化的例子。这就是所谓的平行或趋同进化在不同的谱系中,小说分别粘蛋白基因进化和所有类似的功能。
例如,唾液粘蛋白MUC7人类和其他哺乳动物中发现,大鼠和小鼠的例外。相反,这些啮齿动物表达一个同样大小的但遗传学上截然不同的基因Muc10。从他们的检查,研究者发现Muc10人类基因有着惊人的遗传相似性PROL1在泪水中找到。PROL1看起来几乎相同的Muc10但缺乏mucin-defining分重复。研究人员认为,这些“lineage-specific事件”发生时,一个祖先Prol1基因在这些啮齿动物接受“mucinization”,获得分重复归集Muc10基因与粘液性质正如今天我们所知道的那样。
佩Pajic布法罗大学博士生,这项研究的主要作者,解释说,“我们表明,粘蛋白基因,产生粘液,与病原体相互作用,和外套我们的器官,已经进化一次又一次(至少15倍)在相同的位置在不同哺乳动物的基因组。我们认为这些新基因进化获得一块重复序列在一个已经存在的基因。这些重复促进支糖分子的依恋,给产生的蛋白质其新的粘糊糊的属性。”
Pajic继续说道,“当前的模式,一个新的基因进化是一个完整的基因复制本身,然后获得新的或不同的函数通过一个过程称为“neofunctionalization”。我们的研究表明,粘蛋白功能经常在不同的演化,令人惊讶的方式。原来一个基因可以获得一块重复序列,这个过程可以促进一个新函数,在我们的案例中例子:粘蛋白功能”。
mucinization发生在其他的动物吗?
讨论小组计划把这个研究进一步Pajic解释说,“下一步将涉及调查其他基因在一些物种但没有重复,通过这个过程,赛格威在发现额外的前兆,可以促进进化通过重复在其他功能领域的收益。”
该小组还计划扩大其粘蛋白基因发现技术是否异常虚伪的动物,像蛞蝓,八目鳗类鱼和金丝燕黏蛋白相对于其他物种密切相关。
“最后但并非最不重要,人们意识到在疾病环境中黏蛋白的重要性,尤其是癌症。因此,我们的见解可能是有用的在生物医学领域,”Pajic总结道。
佩Pajic说莎拉·惠兰,科普作家技术网络。188金宝搏备用
参考:沈Pajic P, S, J,等。基因进化的机制产生粘蛋白的功能。科学的进步。2022;8 (34):eabm8757。doi:10.1126 / sciadv.abm8757
