A fehérjeszerkezetek eredete = The Origins of Protein Structures

Szilágyi, András (2011) A fehérjeszerkezetek eredete = The Origins of Protein Structures. Project Report. OTKA.

Preview

PDF 73096_ZJ1.pdf Download (4MB) | Preview

Abstract

A kutatás fő eredménye, hogy azonosítottuk a fehérjék egy új, eddig le nem írt, nem vizsgált csoportját, mely mind evolúciós, mind funkcionális szempontból fontos sajátságokkal rendelkezik. Ezeket szegmenscserélt fehérjéknek neveztük el. Olyan többdoménes fehérjékről van szó, melyek doménjei szerkezetileg hasonlóak és köztük egymással ekvivalens fehérjerészek ki vannak cserélve. Ez hasonló a már ismert "3D doméncsere" jelenségéhez, ám míg ott a csere láncok között történik, itt láncon belül. Az ismert szerkezetű fehérjék között 18 szegmenscserélt fehérjecsaládot azonosítottunk. Felállítottunk két evolúciós modellt a szegmenscserélt fehérjék kialakulásának leírására: a "doméncsere és fúzió", valamint a "cirkuláris permutáció" modelljét. Különféle tesztek segítségével bebizonyítottuk, hogy a szegmenscserélt fehérjék többsége valószínűleg a "doméncsere és fúzió" mechanizmus útján jött létre. Ez egyben a többdoménes architektúrák keletkezésének egyik fontos, új mechanizmusa. A szegmenscserélt fehérjék funkcionális tulajdonságait megvizsgálva megállapítottuk, hogy ezek körében gyakori a csuklószerű doménmozgás, melyet feltevésünk szerint elősegít a szegmenscsere által létrehozott két összekötő szakasz. Ily módon a szegmenscserének funkcionális jelentősége is van. Egyszerűsített fehérjemodellek segítségével megállapítottuk, hogy a fehérjeméret növelésének rendezettséget elősegítő szerepe van, ami részben magyarázza a fehérjék méretnövekedését az evolúció során. | The main result of the project is the identification of a new, previously undescribed group of proteins that has important evolutionary and functional properties. We call them segment-swapped proteins. They are multidomain proteins with structurally similar domains, with equivalent portions swapped between them. This is similar to the well-known "3D domain swapping" phenomenon but here the swap occurs within a chain rather than between chains. We identified 18 segment-swapped protein families among proteins with known structures. We posited two evolutionary models to explain the formation of segment-swapped proteins: "domain swapping and fusion" and "circular permutation". Using a variety of tests, we proved that the majority of segment-swapped proteins likely arose by the "domain swapping and fusion" mechanism. This is also an important new mechanism for generating new multidomain architectures. Studying the functional properties of segment-swapped proteins, we found that many of them exhibit hinge-bending domain motions, and we propose that this is facilitated by the two linker regions resulting from the segment swapping. Thus, segment swapping has functional implications. Using simplified protein models, we found that increasing protein size promotes structural ordering, which in part explains why protein size tends to increase during evolution.

Actions (login required)

Edit Item