Цивилизация
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, опубликованные в журнале Nature, проясняют механизмы белковой эволюции и позволяют глубже понять, почему эффекты мутаций зависят от генетического контекста, в котором они произошли. В работе принимали участие российские исследователи из Института биоорганической химии РАН, МФТИ, МГУ, Нижегородской медицинской академии и других научных организаций страны.
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.
«Мы ожидали увидеть, что друг на друга будут влиять аминокислоты, расположенные близко в структуре белка. Вместо этого оказалось, что пары взаимодействующих мутаций распределены по структуре белка на первый взгляд довольно случайно. Мы смоделировали влияние мутаций на энергию сворачивания и выяснили, что, вероятно, когда суммарный груз всех накопившихся мутаций превышает определенный порог – в области 7–9 ккал/моль, белок просто перестает сворачиваться и флуоресценция пропадает. Такой механизм «учета» мутаций может помогать эволюции эффективно отсеивать варианты генов со слабовредными мутациями», – заключает Дмитрий Болотин, сотрудник Института биоорганической химии РАН, один из ключевых авторов статьи.
Сильный эффект взаимодействия мутаций, которые авторы нашли во флуоресцентном белке, может иметь важное значение для смежных областей науки. Одной из основных задач современной медицинской генетики является исследование заболеваний со сложной генетической компонентой, например различных заболеваний сердечно-сосудистой системы.
