Все новости

Российские ученые впервые продемонстрировали, как мутации взаимодействуют в одном белке

Для этого они изучили десятки тысяч мутантов зеленого флуоресцентного белка медузы Aequorea victoria

МОСКВА, 12 мая. /ТАСС/. Биологи из России, США, Чехии, Израиля и Испании впервые смогли измерить взаимодействие многих мутаций в одной белковой молекуле – для этого они изучили десятки тысяч мутантов зеленого флуоресцентного белка медузы Aequorea victoria. Результаты работы проясняют механизмы белковой эволюции и позволяют глубже понять, почему эффекты мутаций зависят от генетического контекста, в котором они произошли, сообщает пресс-служба МФТИ.

"Нас интересовал вопрос, как накапливающиеся в белке мутации взаимодействуют между собой, и как часто это может происходить в белковой эволюции, – говорит Карен Саркисян, сотрудник Института биоорганической химии РАН (ИБХ), первый автор статьи. – Мы придумали способ одновременно измерить функциональность десятков тысяч мутантов одного белка и воспользовались им, чтобы определить, как влияние мутаций на яркость зеленого флуоресцентного белка зависит от присутствия в гене других мутаций".

Саркисян и его коллеги из МФТИ, МГУ, Нижегородской медицинской академии, Института белка и других научных организаций России, Испании, США, Чехии и Израиля исследовали так называемый "ландшафт приспособленности". Эту метафору биологи используют, чтобы представить эволюцию организмов как прогулку по ландшафту, в котором каждой точке пространства соответствует определенный генотип, а ее высота определяется приспособленностью этого генотипа.В новой работе, благодаря оригинальному экспериментальному подходу, исследователям впервые удалось взглянуть на ландшафт приспособленности целого белка.

Для того чтобы измерить функциональность мутантов, ученые заставили мутантные гены работать в бактерии Escherichia coli, а затем использовали автоматический прибор — клеточный сортер, — чтобы рассортировать клетки по восьми пробиркам, в зависимости от яркости их флуоресценции. Прочтение ДНК мутантных генов из каждой пробирки и последующий анализ данных позволили сопоставить яркость флуоресценции каждого мутанта с его генотипом. "По сути, это первая экспериментальная иллюстрация концепции ландшафта приспособленности, которая была придумана 85 лет назад, – говорит Карен. – Измерив яркость пятидесяти тысяч мутантов, мы, наконец, смогли взглянуть на то, как на самом деле выглядит этот ландшафт для конкретного белка".

Ученые обнаружили, что примерно каждая четвертая аминокислотная замена при мутациях не вызывает никаких внешних эффектов, но большинство из них негативно сказывается на функциональности белка. При этом, если одна слабовредная мутация в гене уже присутствует, негативный эффект последующих мутаций будет усугубляться, приводя к полной потери белком функциональности значительно раньше, чем при независимости эффектов мутаций друг от друга.

Сильный эффект взаимодействия мутаций, которые авторы нашли во флуоресцентном белке, может иметь важное значение для смежных областей науки. Новая работа на флуоресцентном белке поможет генетикам понять, как взаимодействуют между собой многочисленные мутации при развитии сердечно-сосудистых и других полигенных заболеваний, связанных с нарушениями работы больших ансамблей генов. Статья ученых опубликована в журнале Nature.