News & media services

Uråldriga proteiner berättar om evolutionen

2017-05-08

Hur uppstod proteininteraktioner och hur har de utvecklats? I en ny studie har forskare undersökt två proteiner, som är mellan 400 miljoner och 600 miljoner år gamla. Hur såg de ut, hur fungerade de och hur har de har förändrats till nutid? Studien visar hur en kombination av förändringar i proteinernas egenskaper skapade bättre förutsättningar för reglering av en cellulär process.

- Vi vill förstå hur det går till när nya protein-proteininteraktioner uppkommer och hur de förändras under evolutionens gång, säger Greta Hultqvist vid institutionen för folkhälso- och vårdvetenskap, Uppsala universitet, som har lett studien tillsammans med Per Jemth vid institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi vid Uppsala universitet.

Beroende av proteiner

Liv som det ser ut idag är helt beroende av proteiner och hur proteiner binder till varandra, interagerar, vilket till exempel kan leda till att en cellulär process snabbas på eller saktas ner. Samma slags proteiner och interaktioner finns ofta i alla arter inom en viss grupp, till exempel ryggradsdjur, men många är gemensamma för alla organismer på jorden.

När en viss proteininteraktion finns endast i en viss grupp av organismer, som till exempel ryggradsdjur, betyder det att interaktionen uppkom vid ett visst tillfälle i den evolutionära historien i en föregångare till dagens ryggradsdjur. Nya och modifierade proteiner dyker ständigt upp i olika arter genom olika genetiska förändringar, men de flesta försvinner eftersom de inte ger organismen någon speciell fördel. Ibland ger ett nytt protein eller en ny interaktion en evolutionär fördel och då blir den kvar i organismen.

Proteinerna som forskarna har studerat tillhör en särskild klass – "intrinsically disordered proteins" eller oordnade proteiner på svenska.

Genom att analysera aminosyrasekvenserna för två proteiner från många olika nu levande arter har forskarna rekonstruerat proteinerna som de såg ut i våra föregångare som levde för 400 miljoner – 600 miljoner år sedan. Hur det äldsta av dessa djur såg ut är okänt men det var antagligen litet och med tvåsidig symmetri. En evolutionär linje ledde mot fiskarna och senare de första fyrfotingarna. Forskarna återupplivade proteinerna från dessa utdöda djur och undersökte proteinerna med både experiment och datorsimuleringar.

Inte förändrats på 450 miljoner år

- Vi såg att den ursprungliga interaktionen var mycket svagare än den nutida och att de ursprungliga proteinerna antagligen var mer rörliga efter att de bundit till varandra. Ett anmärkningsvärt resultat är också att styrkan hos interaktionen inte har förändrats de senaste 450 miljoner åren, säger Greta Hultqvist.

De flesta proteiner veckar sin långa aminosyrakedja till en välordnad globulär form, som en boll. Men oordnade proteiner kan vara allt från väldigt flexibla bollar till en helt utsträckt aminosyrakedja. När oordnade proteiner interagerar med andra proteiner så antar de ofta en ordnad form, vilket är fallet med de proteiner som forskarna har studerat. Dessa oordnade proteiner är mycket vanliga i många av de processer som styr cellens funktioner.

- Vi ser en relativt svag och dynamisk interaktion som utvecklas till att bli starkare och mer rigid under en förhållandevis kort tidsperiod. Sedan förändras visserligen aminosyrasekvenserna för de här proteinerna när nya arter uppkommer under evolutionens gång. Men sett till bindningsstyrkan och flexibiliteten i deras interaktion har inte mycket hänt sedan den gemensamma förfadern till nejonögon, fiskar, reptiler och oss själva levde för 450 miljoner sedan, avslutar Per Jemth.

Studien är ett samarbete mellan Uppsala universitet, University of Cambridge, och ETH i Zürich.

Artikel i eLife:
Hultqvist, G., Åberg, E., Camilloni, C., Sundell, G., Andersson, E., Dogan, J., Chi, C. N., Vendruscolo, M., and Jemth, P. (2017) Emergence and evolution of an interaction between intrinsically disordered proteins, eLife In press, DOI 10.7554/eLife.16059.