Memajukan pengeditan gen dengan varian CRISPR / Cas9 baru - ScienceDaily
Top News

Studi baru menunjukkan bahwa protein secara biokimia menjadi kecanduan interaksi kompleks tanpa adaptasi. – ScienceDaily


Sebuah studi baru di Universitas Chicago telah menunjukkan bahwa struktur protein yang rumit terakumulasi dalam waktu yang lama bahkan ketika mereka tidak memiliki tujuan, karena sifat biokimia universal dan kode genetik memaksa seleksi alam untuk melestarikannya. Karya tersebut diterbitkan pada 9 Desember 2020 di Alam.

Kebanyakan protein dalam sel kita membentuk kompleks spesifik dengan protein lain, sebuah proses yang disebut multimerisasi. Seperti jenis kompleksitas lain dalam biologi, multimer biasanya dianggap bertahan selama waktu evolusioner karena memberikan beberapa manfaat fungsional yang disukai oleh seleksi alam.

“Bagaimana kompleksitas berkembang adalah salah satu pertanyaan besar dalam biologi evolusi,” kata penulis senior Joseph Thornton, PhD, profesor genetika dan ekologi manusia dan evolusi di Universitas Chicago. Penjelasan klasiknya adalah bahwa struktur yang rumit harus ada karena memberikan beberapa manfaat fungsional pada organisme, sehingga seleksi alam mendorong keadaan kompleksitas yang terus meningkat. Jelas dalam beberapa kasus, kompleksitas bersifat adaptif, seperti evolusi mata: mata kompleks melihat lebih baik daripada yang sederhana. Tetapi pada tingkat molekuler, kami menemukan bahwa ada mekanisme sederhana lain yang mendorong pembentukan kompleksitas. “

Tim peneliti, dipimpin oleh Thornton dan rekan postdoctoral University of Chicago Georg Hochberg, PhD, berangkat untuk mempelajari evolusi multimerisasi dalam keluarga protein yang disebut reseptor hormon steroid, yang berkumpul menjadi pasangan (disebut dimer).

Mereka menggunakan teknik yang disebut rekonstruksi protein leluhur, semacam “perjalanan waktu” molekuler, kata Thornton, yang memungkinkan mereka menciptakan kembali protein purba di laboratorium dan secara eksperimental memeriksa bagaimana mereka dipengaruhi oleh mutasi yang terjadi ratusan juta tahun lalu.

Yang mengejutkan mereka, mereka menemukan bahwa protein purba berfungsi tidak berbeda ketika dirakit menjadi dimer daripada jika mereka tidak pernah berevolusi untuk dimerisasi sama sekali. Tidak ada yang berguna atau bermanfaat tentang pembentukan kompleks.

Penjelasan mengapa bentuk dimer reseptor bertahan selama 450 juta tahun ternyata sangat sederhana. “Protein ini secara bertahap menjadi kecanduan interaksi mereka, meskipun tidak ada yang berguna tentangnya,” jelas Hochberg, yang sekarang menjadi pemimpin kelompok di Institut Max Planck di Marburg, Jerman. “Bagian dari protein yang membentuk antarmuka di mana pasangan mengikat satu sama lain akumulasi mutasi yang dapat ditoleransi setelah dimer berevolusi, tetapi akan merusak dalam keadaan solo. Ini membuat protein sepenuhnya bergantung pada bentuk dimer, dan itu bisa tidak lagi kembali. Kompleksitas yang tidak berguna menjadi mengakar, pada dasarnya selamanya. “

Para peneliti menunjukkan bahwa prinsip-prinsip biokimia, genetik, dan evolusi yang sederhana membuat pengukuhan kompleks molekuler tidak dapat dihindari. Gen yang mengkodekan setiap protein selalu mengalami mutasi dari generasi ke generasi, banyak di antaranya akan mengganggu kemampuan protein untuk melipat dan berfungsi dengan baik. Suatu bentuk seleksi alam yang disebut seleksi pemurnian menghilangkan mutasi yang merusak ini dari populasi.

Begitu protein berevolusi menjadi multimerisasi, bagian-bagian yang membentuk antarmuka dapat mengakumulasi mutasi yang akan merusak jika protein berada dalam keadaan tunggal, selama dapat ditoleransi dalam multimer. Seleksi pemurnian kemudian memperkuat bentuk kompleks, mencegah kembalinya ke keadaan tunggal.

Para peneliti menunjukkan bahwa aturan biokimia yang sederhana dan universal mendasari pengukuhan. Protein terdiri dari asam amino, yang mungkin larut dalam air, atau hidrofobik, yang berarti mudah larut dalam minyak tetapi bukan air. Biasanya, protein terlipat sehingga asam amino yang larut dalam air berada di luar dan asam amino hidrofobik berada di dalam. Mutasi yang membuat permukaan protein lebih larut dalam minyak merusak lipatannya, sehingga seleksi pemurnian menghilangkannya jika terjadi pada protein tunggal.

Namun, jika protein berevolusi menjadi multimerisasi, asam amino hidrofobik pada permukaan antarmuka disembunyikan dari air, dan menjadi tidak terlihat oleh seleksi pemurni. Multimer ini kemudian mengakar, karena kembali ke keadaan solo akan mengekspos antarmuka yang sekarang larut dalam minyak dan merusak.

Ini “ratchet hidrofobik” tampaknya universal. Para peneliti menganalisis database besar struktur protein, termasuk ratusan dimer dan protein tunggal terkait, dan menemukan bahwa sebagian besar antarmuka telah menjadi sangat hidrofobik sehingga bentuk dimer sangat mengakar.

Mekanisme ini, yang bekerja pada ribuan protein selama ratusan juta tahun, dapat mendorong akumulasi bertahap dari banyak kompleks tak berguna di dalam sel.

“Beberapa kompleks pasti memiliki fungsi penting, tetapi bahkan itu akan diperkuat oleh ratchet hidrofobik, membuat mereka lebih sulit hilang daripada yang seharusnya,” kata Hochberg. “Dengan ratchet yang terus-menerus beroperasi di latar belakang, sel-sel kita mungkin telah membangun stok besar kompleks yang sudah mengakar, banyak di antaranya tidak pernah melakukan fungsi yang berguna, atau sudah lama berhenti melakukannya.”

Arah masa depan termasuk menyelidiki apakah interaksi selain multimerisasi mungkin merupakan hasil dari pengukuhan atau tidak. “Ini adalah cerita tentang protein yang mengalami dimerisasi dengan salinan lain dari dirinya, yang merupakan proses yang sangat umum,” kata Thornton. “Tetapi ada banyak interaksi lain di dalam sel, dan kami pikir ada kemungkinan bahwa beberapa di antaranya mungkin telah terakumulasi selama evolusi karena jenis yang sama dari ketergantungan yang diperoleh pada kompleksitas molekuler.”

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Slot Online