Za izvrševanje biološke funkcije proteina je ključna njegova tridimenzionalna struktura, ki jo zavzame v celici, katero določa aminokislinsko zaporedje polipeptidne verige. Večina proteinov po sintezi na ribosomih zavzame eno obliko, ki proteinu omogoča optimalno opravljanje njegovih funkcij.

Raziskovalci in raziskovalke so se v študiji, objavljeni v reviji Science, posvetili posebnim proteinom, ki za razliko od večine drugih ne zavzamejo zgolj ene tridimenzialno strukture, temveč v raztopini dinamično preklapljajo med večimi različnimi strukturami, zaradi česa pravimo, da so metamorfozni. Primer takšnega proteina je človeški protein XCL1, ki spada v družino kemokinov, pomembnih signalnih proteinov imunskega sistema.

Z uporabo jedrske magnetne resonance so raziskovalci in raziskovalke opazili, da protein XCL1 za razliko od drugih sorodnih kemokinov v raztopini zavzame dve različni obliki, med katerima dinamično preklaplja; polovico časa tako preživi v eni izmed obeh oblik. Znano je, da je obstoj dveh strukturnih stanj proteina povezan z dvema funkcijama, ki ju lahko protein v posamezni obliki opravlja ločeno. Evolucijski izvor in strukturne osnove takšnega metamorfnega obnašanja proteina pa so še vedno nepojasnjene.

Z bioinformatsko analizo aminokislinskih zaporedij sorodnih proteinov so raziskovalci nato rekonstruirali najverjetnejše evolucijske prednike proteina XCL1 in tudi njih strukturno okarakterizirali z uporabo jedrske magnetne resonance. S strukturno analizo najverjetnejših prednikov proteina XCL1 so znanstveniki lahko sklepali o evolucijskem izvoru opaženega metamorfnega obnašanja proteina XCL1. Ugotovili so, da se je prvi sorodnik proteina XCL1, ki dinamično spreminja strukturo, pojavil okrog 150 milijonov let nazaj.

V študiji so raziskovalci in raziskovalke natačneje preučili in predstavili tudi strukturne spremembe v najverjetnejših prednikih proteina XCL1, ki so v času evolucije proteinu omogočili razvoj v današnjo strukturno preklapljajočo se različico. Razumevanje strukturnih osnov takšnega obnašanja proteinov je zanimivo tudi za aplikativne namene dizajniranja novih proteinov s potencialnimi terapevtskimi učinki.

Vir: Dishman, A. F.; Tyler, R. C.; Fox, J. C.; Kleist, A. B.; Prehoda, K. E.; Babu, M. M.;Peterson, F. C.; Volkman, B. F., Evolution of fold switching in a metamorphic protein. Science 2021, 371 (6524), 86-90. 

 

P.S. Omenimo še proteine, ki v svojem nativnem stanju nimajo jasno definirane tridimenzionalne strukture in so strukturno še bolj dinamični. Intrinzično neurejenim proteinom smo se posvetili v FDS Urejeni nered.