MIT对重复蛋白质序列进行了深入研究

一项计算分析显示，许多重复序列在蛋白质之间是共享的，并且在从细菌到人类的物种中是相似的。

　　

大约70%的人类蛋白质包含至少一个由重复多次的单一氨基酸组成的序列，其中穿插着一些其他氨基酸。这些“低复杂性区域（LCR）”也存在于大多数其他生物体中。包含这些序列的蛋白质有许多不同的功能，但麻省理工学院的生物学家现在想出了一种方法，将它们作为一个统一的组来识别和研究。他们的技术使他们能够分析不同物种LCRs之间的异同，并帮助他们确定这些序列的功能和它们所在的蛋白质。

利用他们的技术，研究人员分析了从细菌到人类等8种不同物种中发现的所有蛋白质。他们发现，虽然LCRs在不同的蛋白质和物种中会有所不同，但它们通常有一个相似的作用——帮助蛋白质加入更大规模的组合，如核仁，一种几乎存在于所有人类细胞中的细胞器。

麻省理工学院的研究生Byron Lee说:“我们没有研究特定的LCRs及其功能，因为它们参与不同的过程，所以看起来是分开的，我们更广泛的方法让我们看到了它们属性之间的相似之处，这表明LCRs的功能可能并不是完全不同的。”研究人员还发现了不同物种的LCRs序列之间的一些差异，并表明这些物种特异性的LCRs序列对应于物种特异性的功能，如形成植物细胞壁。Lee和研究生Nima Jaberi-Lashkari是这项研究的主要作者，文章今天发表在eLife上。Eliezer Calo是麻省理工学院的生物学助理教授，也是这篇论文的资深作者。

大规模的研究

先前的研究表明LCRs参与多种细胞过程，包括细胞粘附和DNA结合。这些LCRs通常富含单一氨基酸，如丙氨酸、赖氨酸或谷氨酸。找到这些序列，然后逐个研究它们的功能是一个耗时的过程，因此麻省理工学院的研究小组决定使用生物信息学——一种使用计算方法分析大量生物数据的方法——将它们作为一个更大的群体进行评估。

Jaberi-Lashkari说:“我们想做的是后退一步，而不是观察单个LCR，而是尝试观察所有LCRs，看看我们是否能在更大的范围内观察到一些模式，这可能有助于我们弄清楚那些有指定功能的LCRs在做什么，也有助于我们了解一些没有指定功能的LCRs在做什么。”

为了做到这一点，研究人员使用了一种叫做点图矩阵的技术，这是一种可视化表示氨基酸序列的方法，可以生成研究中的每种蛋白质的图像。然后他们使用计算图像处理方法同时比较数千个这样的矩阵。使用这种技术，研究人员能够根据在LCRs中最频繁重复的氨基酸来对LCRs进行分类。他们还根据蛋白质中发现的每种LCRs类型的拷贝数对含有LCRs的蛋白质进行了分组。分析这些特征有助于研究人员更多地了解这些LCRs的功能。

作为一个演示，研究人员挑选了一种人类蛋白质，称为RPA43，它有三个富含赖氨酸的LCRs。这种蛋白质是构成一种叫做RNA聚合酶1的酶的许多亚基之一，这种酶可以合成核糖体RNA。研究人员发现，富含赖氨酸的LCRs的拷贝数对于帮助蛋白质整合到核仁中很重要，核仁是负责合成核糖体的细胞器。

生物组件

在对8个不同物种中发现的蛋白质进行比较时，研究人员发现，一些LCRs类型在物种之间高度保守，这意味着序列在进化的时间尺度上几乎没有变化。这些序列往往存在于蛋白质和高度保守的细胞结构中，如核仁。

“这些序列似乎对核仁的某些部分的组装很重要，”Lee说。“一些已知的对高阶组装很重要的原理似乎在起作用，因为拷贝数可能控制蛋白质可以进行多少次相互作用，这对蛋白质整合到隔层很重要。”

研究人员还发现，参与核仁组装的两种不同类型的蛋白质中LCRs存在差异。他们发现，一种名为TCOF的核仁蛋白含有许多富含谷氨酸的LCRs，这些LCRs可以帮助支架组装的形成，而只有少数这种富含谷氨酸的LCRs的核仁蛋白可以被募集为客户端(与支架相互作用的蛋白质)。

另一种似乎有许多保守LCRs的结构是细胞核散斑，它在细胞核内被发现。研究人员还发现LCRs之间有许多相似之处，它们参与形成更大规模的组合，如细胞外基质(一种为动植物细胞提供结构支持的分子网络)。

该研究小组还发现了一些具有LCRs的结构的例子，这些结构似乎在物种之间发生了分化。例如，植物在它们用来支撑细胞壁的蛋白质中有独特的LCR序列，而这些LCR在其他类型的生物中是看不到的。

研究人员现在计划将他们的LCRs分析扩展到其他物种。“有很多东西需要探索，因为我们可以将这张地图扩展到任何物种，”Lee说。“这给了我们机会和框架来识别新的生物组合。”