Белковая неупорядоченность чувствительна к окружению и изменениям в последовательности

Исследование биоинформатиков из Университета Индианы количественно показало влияние небольших изменений в аминокислотной последовательности и условий окружающей среды на неупорядоченные (дисордерированные) регионы белков.

Это привело команду (ассистент-профессор Предраг Радивояк, старший научный сотрудник Владимир Уверский и аспирант Амрита Мохан) к предположению, что эволюция функции белков при минимальных изменениях их структуры может облегчаться высокой чувствительностью неупорядоченных регионов к изменениям в последовательности.

Дисордерированные белки не имеют стабильной третичной структуры и бросают вызов традиционной парадигме «структура определяет функцию».

«Мы количественно показали, каким может быть влияние небольших изменений в последовательности и окружающей среды на неупорядоченные регионы в белке, — сказал Радивояк. — Это заставляет нас предполагать, что, поскольку неупорядоченные регионы часто вовлечены в молекулярное узнавание (связывание), возникают вопросы об экологической регуляции функции белка. Это очень неисследованная область».

Изменения в неупорядоченных регионах в результате мутаций также поднимают новые вопросы об эволюционном потенциале белков через чувствительность этих регионов к изменениям последовательности.

Используя данные рентгеновской кристаллографии, исследователи изучили и количественно оценили изменчивость внутренне неупорядоченных белковых регионов при разных внешних условиях (солёность, температура, pH) и сравнили её с изменчивостью, вызванной небольшими изменениями последовательности.

Результаты, опубликованные в статье «Influence of Sequence Changes and Environment on Intrinsically Disordered Proteins» в PLoS Computational Biology, показали, что и внешние условия, и изменения последовательности сильно влияют на существование неупорядоченных регионов. Следовательно, они потенциально могут регулировать функцию белка через факторы окружающей среды или облегчать эволюционные изменения.

Развитие методов для характеристики и предсказания структурных и функциональных свойств белков, включая автоматический вывод их молекулярной и клеточной функции или связи с болезнями на основе последовательности, структуры или взаимодействий, может однажды подтвердить связь между патогенностью и степенью неупорядоченности во всём наборе белков, экспрессируемых клеткой, тканью или целым геномом. Дисордерированные белки связаны с такими заболеваниями человека, как рак, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и несколько сердечно-сосудистых расстройств.