消失已久的结构，可能改写进化的古老蛋白质

研究人员发现了一种古老的蛋白质折叠，可能解释了生命的基本组成部分是如何……

　　

研究人员发现了一种古老的蛋白质折叠，这可能解释了生命的基本组成部分是如何变成我们今天看到的复杂系统的。

发现一个丢失的蛋白质折叠

日本理研研究所的两位生物学家通过实验室实验发现了一种以前未知的蛋白质折叠，为地球上生命的早期进化提供了新的见解。这种蛋白质折叠在现代蛋白质中完全不存在，它可以填补我们对分子进化理解的一个关键空白。

驱动基本生物过程的蛋白质，如基因表达和蛋白质生产，依赖于各种被称为β桶折叠的结构折叠。然而，直到现在，连接这些褶皱的进化途径仍然不清楚。

通过模拟，研究人员确定了一种可能的古老折叠拓扑结构，命名为双ζ β桶（DZBB）。这一发现揭示了复杂的生物分子机器是如何从更简单的前体进化而来的，为研究生命分子复杂性的起源提供了一个新的视角。

洞察蛋白质进化

日本理化学研究所生物系统动力学研究中心（BDR）的Shunsuke Tagami解释说：“这种缺失链接的蛋白质折叠的发现帮助我们以一种比我们预期的简单得多的方式理解许多不同蛋白质之间的进化关系。”

DZBB类似于由连锁蛋白链组成的紧凑圆柱体。Tagami和BDR的同事Sota Yagi发现，这种古老的、类似折纸的结构只需稍加调整就能转变成其他关键的蛋白质形状。这些DZBB组件作为分子进化的通用基础。

利用实验室的合成生物学技术，两人追踪了这些古老蛋白质折叠的进展。他们从DNA和RNA聚合酶（负责基因组复制和基因转录的酶）中发现的折叠开始。他们表明，通过简单可行的突变步骤，它们可能进化成现代核糖体蛋白中发现的褶皱，这对细胞中合成蛋白质至关重要。

人工智能在蛋白质研究中的挑战

这种进化过程需要一个中间结构DZBB，而这个中间结构只能通过实验来发现——它无法通过计算方法来预测，即使使用最新的机器学习算法。这凸显了当前人工智能（AI）模型在识别这种复杂蛋白质结构方面的局限性。

Tagami说：“因为人工智能给出的答案受到训练数据集的强烈影响，所以实验验证对于获得真正意想不到的发现仍然至关重要。”

DZBB发现的意义

这一结果可能有助于解决一个长期存在的谜团，即原始蛋白质是如何进化来管理遗传过程的。DZBB的变质性质使其能够在不同条件下采用多种稳定的形式，这可能使早期生命的分子机制迅速多样化——很像寒武纪大爆发时期的动物物种。

这些发现也提出了一个有趣的问题：如果DZBB对于控制细胞内遗传信息流动的分子机器的兴起如此关键，那么为什么今天不再看到折叠拓扑结构？

“DZBB可能是一种暂时的蛋白质形式，只存在于古代简单形式之间的进化过渡中，”Tagami说。

参考文献：An ancestral fold reveals the evolutionary link between RNA polymerase and ribosomal proteins” by Sota Yagi, and Shunsuke Tagami