فرایند تکامل شبه ژن ها کشف شد

تیمی از دانشگاه رایس دریافتند که ژن‌های بی‌کاربرد موسوم به شبه ژن ها می‌توانند در طول زمان دوباره توانایی کد کردن پروتئین‌ها را به دست آورند.

به گزارش تک‌ناک، این گروه تحقیقاتی به رهبری پیتر وولینز با استفاده از مدل‌های محاسباتی پیشرفته، نحوه تأثیر تغییرات ژنتیکی را بر روی ساختار فضایی و ویژگی‌های عملکردی پروتئین‌ها تجزیه و تحلیل کردند. این مطالعه ممکن است کاربردهایی در مهندسی پروتئین داشته باشد.

یافته های آنها اخیراً در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.

شبه‌ ژن ها بخش‌هایی از DNA هستند که زمانی پروتئین‌ها را رمزگذاری می‌کردند، اما از آن زمان به دلیل تخریب توالی، توانایی خود را برای انجام این کار از دست داده‌اند که این پدیده‌ای است که به آن devolution یا نزول تدریجی گفته می‌شود. مطالعه جدید، یک فرآیند تکاملی نامحدود را نشان می‌دهد که بدون فشارهای تکاملی معمولی که توالی‌های فعال‌کننده پروتئین عملکردی را تنظیم می‌کنند، رخ می‌دهد.

علیرغم حالت غیرفعال، شبه ژن‌ها دیدگاهی به سفر تکاملی پروتئین‌ها ارائه می‌دهند.

بینش در مورد تکامل غیر پروتئینی

وولینز گفت: مطالعه ما توضیح می‌دهد که پروتئین‌ها می‌توانند تکامل پیدا کنند. یک توالی DNA می‌تواند با جهش یا روش‌های دیگر، سیگنالی را که به آن می‌گوید یک پروتئین را فعال کند، از دست بدهد. DNA همچنان به جهش خود ادامه می‌دهد، اما لازم نیست به دنباله‌ای منتهی شود که بتواند تا شود.

محققان DNA ناخواسته را در ژنومی که تکامل نیافته بود، مورد مطالعه قرار دادند. تحقیقات آنها نشان داد که تجمع جهش در توالی‌های کاذب معمولاً شبکه بومی تعاملات تثبیت‌کننده را مختل می‌کند و باعث می‌شود این توالی‌ها، اگر ترجمه شوند، به پروتئین‌های کاربردی تبدیل شوند.

با این حال، محققان مواردی را مشاهده کردند که در آن جهش‌های خاص به‌طور غیرمنتظره چین‌خوردگی شبه ‌ژن‌ها را به قیمت تغییر عملکردهای بیولوژیکی قبلی‌شان تثبیت کردند.

آنها شبه‌ ژن‌های خاصی مانند سیکلوفیلین A، پروفایل-1 و پروتئین اصلاح‌کننده کوچک شبیه یوبیکوئیتین 2 را شناسایی کردند که در آن جهش‌های تثبیت‌کننده در نواحی حیاتی برای اتصال به مولکول‌های دیگر و عملکردهای دیگر رخ می‌دهد که این نشان‌دهنده تعادل پیچیده بین پایداری پروتئین و فعالیت بیولوژیکی است.

علاوه بر این، این مطالعه ماهیت پویای تکامل پروتئین را برجسته می‌کند، زیرا برخی از ژن‌هایی که قبلاً شبه‌زایی شده بودند، ممکن است با گذشت زمان، علی‌رغم جهش‌های متعدد، عملکرد کدگذاری پروتئین خود را بازیابند.

محققان با استفاده از مدل‌های محاسباتی پیچیده، تأثیر متقابل بین پروتئین‌های تاشو فیزیکی و مناظر تکاملی شبه‌زا را تفسیر کردند. یافته‌های آن‌ها شواهدی را ارائه می‌کنند که نشان می‌دهد ویژگی قیف مانند پروتئین تاشو از تکامل ناشی می‌شود.

وولینز گفت: پروتئین‌ها ممکن است تکامل نیافته و در طول زمان به دلیل جهش‌ها یا ابزارهای دیگر، توانایی تا شدنشان به خطر بیفتد. مطالعه ما اولین شواهد مستقیمی را ارائه می‌دهد که تکامل در حال شکل دادن به چین خوردگی پروتئین‌ها است.

حنا جعفری، یکی از محققان این مطالعه گفت: پیامدهای این تحقیق فراتر از زیست‌شناسی نظری با کاربردهایی در مهندسی پروتئین است.