Science深度对话,改写教科书生物学规则

【字体: 时间:2012年09月24日 来源:生物通

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  一直以来学生们被教授蛋白质的三维形状对于它的功能是至关重要的,但原来许多的蛋白质是以“混乱”的状态存在且具有功能。Rohit Pappu和两位同事在9月20日《科学》杂志上的一篇perspective文章中,揭示了一大类没有遵循结构-功能范例的蛋白质。这些所谓的内在无序蛋白质无论整体或部分均不能折叠,但它们是具有功能的。

  

生物通报道  一直以来学生们被教授蛋白质的三维形状对于它的功能是至关重要的,但原来许多的蛋白质是以“混乱”的状态存在且具有功能。

如果你打开任何一本生物学教材翻到蛋白质的部分,你将会学到蛋白质是由氨基酸序列组成,序列决定了氨基酸链如何折叠成一种紧密的结构,且这种折叠蛋白质的结构决定了它的功能。换句话说,序列编码结构,功能源自结构。

然而教科书有可能不得不改写。Rohit Pappu和他的两位同事在9月20日《科学》(Science)杂志上的一篇perspective文章中,揭示了一大类没有遵循结构-功能范例的蛋白质。这些所谓的内在无序蛋白质无论整体或部分均不能折叠,但它们是具有功能的。

近期我们坐下类与圣路易斯华盛顿大学生物系统工程学中心的主任、生物医学工程学教授Pappu博士一起追踪了这一最新的科学。

什么时候人们意识到一些蛋白违背了规则?

已经大约有20年。最早的线索是一些蛋白质片段没有显示在X射线晶体学或NMR研究中,这些是研究蛋白质结构的标准方法。

到上世纪90年代,从事蛋白质与DNA互作机制研究的人们已经注意到当蛋白质与DNA相互作用时它们常常会改变形状。在没有DNA的情况下,所有用于蛋白质结构的标准探针返回的报告显示蛋白质是松散的,而当蛋白质与DNA形成复合物时则具有明确定义的三维结构。

你最初是怎样听说它们的?

偶然。当我2001年正准备离开约翰霍普金斯大学转去华盛顿大学之时。我与印第安那大学医学院的Keith Dunker进行了一次会面,他是该领域的开创者之一。这纯属巧合。这次是会面以尴尬的方式开始因为Keith不知道我是谁,我也从未听说过他。我正在从事未折叠蛋白的聚合体物理学描述工作,岂料他刚刚写了一篇80页的关于内在无序蛋白的综述论文。

他说:“每次你与蛋白质科学后巷中的人们谈话,他们都会告诉你他们的蛋白质是非常灵活或高度动态的,这种动态对于功能极其重要。”

因此Keith做了两件事情。他综合了所有的信息,然后了解了这些灵活的高度无序的蛋白。与他的同事Vladimir Uversky一起,他提出了疑问是否有可能预测哪些序列是无法自主折叠的。在计算机科学家们的帮助下,教给他如何寻找高维空间中的模式,他知道了20种氨基酸中有11种倾向于是无序的。现在有大约20个无序预测因子。

因此当我听到这个故事,我想:“好的,这要么绝对是错乱的,要不是将要变形的。我打赌是变形的,因为我发现他所说的是令人信服的。”

因此在华盛顿大学的头两年我开始大量涉猎文献,我想我吓坏了这里的许多人,他们不知道他们已经聘请了此人,还以为他们正在招聘。

下接:Science新成果颠覆蛋白质经典学说

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

Versatility from Protein Disorder

Many protein functions can be attributed to segments (domains) that fold independently and adopt specific three-dimensional structures (1). Intrinsically disordered regions (2, 3) are unstructured segments whose amino acid compositions prevent autonomous folding. Some eukaryotic proteins are either fully disordered (intrinsically disordered proteins) or structured, but most have both types of regions (see the figure). The notion that disordered regions are largely passive is being actively challenged by the idea that they perform diverse functions, and that synergy between structured and disordered regions expands the functional repertoires of proteins.

 

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