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Ensemble de « règles » simples que la nature semble employer pour concevoir des protéines

En examinant comment les protéines ont évolué, les chercheurs du sud-ouest de centre médical d'UT ont découvert un ensemble de « règles » simples que la nature semble employer pour concevoir des protéines, statue les scientifiques ont maintenant employé pour produire les protéines artificielles que le regard et le fonctionnement aiment juste leurs homologues naturelles.

En deux journaux apparaissant dans la nature de tourillon, M. Rama Ranganathan, professeur agrégé de la pharmacologie, et ses collègues détaillent une méthode neuve pour produire les protéines artificielles basées seulement sur l'information qu'elles ont dérivée d'analyser certaines caractéristiques que les différentes protéines naturelles ont en commun avec l'un l'autre.

« L'objectif de notre recherche n'était pas de trouver une autre voie d'effectuer les protéines artificielles dans le laboratoire, mais pour découvrir les règles que la nature et l'évolution concevaient des protéines, » M. Ranganathan a dit. « Les règles que nous avons extraites du dossier évolutionnaire des protéines contiennent une part substantielle d'information exigée pour reconstruire les protéines d'aujourd'hui. Nous établissons des solutions nous fermons ainsi que, au moins dans une éprouvette, nous ne pouvons pas leur dire indépendamment des protéines naturelles. »

M. Ranganathan a dit qu'il pourrait encore y avoir beaucoup de petites différences entre les protéines artificielles et les naturelles, et davantage de contrôle devrait être fait pour déterminer si elles fonctionnent dans un organisme réel.

« Notre travail propose que les protéines d'aujourd'hui aient hérité susceptible une grande partie de l'information spécifiant leur structure et aspects fondamentaux de fonctionnement de leurs ancêtres, mais il est également possible qu'elles aient été réglées avec précision au fil du temps pour avoir leurs propres caractéristiques idiosyncratiques en cellules spécifiques, » a dit M. Ranganathan, qui est également un chercheur (HHMI) de Howard Hughes Medical Institute. « Nous proposons que les fonctionnements que les protéines ont soient aujourd'hui le résultat de régler avec précision une matrice héréditaire fondamentale que nous avons maintenant figurée à l'extérieur. »

Des protéines, qui effectuent les fonctionnements de la durée du fuselage, se composent d'acides aminés appelés de molécules, qui sont câblés ensemble dans de longs réseaux. Ces réseaux bouclent au sujet de l'un l'autre, ou se plient, d'un grand choix de voies. Leurs formes en trois dimensions spécifiques aident des protéines pour remplir leurs rôles biologiques.

Pendant des décennies, les scientifiques ont su que la séquence des acides aminés qui composent une protéine détermine son fonctionnement de la protéine la structure et. Ce qui n'a pas été connu est ce qui l'information contenue dans cette séquence produit la structure correcte.

Toutes les protéines se composent de 20 acides aminés spécifiques. Même pour une petite protéine composée de 100 acides aminés, le nombre de combinaisons possibles des acides aminés est staggering, beaucoup de fois plus que le nombre d'atomes dans l'univers connu.

« Comment la nature a-t-elle conçu les bonnes séquences qui ont eu comme conséquence les protéines de fonctionnement ? D'une certaine manière, elle a trouvé une voie, » M. Ranganathan a dit. « Une implication de notre travail est que le procédé évolutionnaire de protéine-modèle peut ne pas être aussi complexe qu'a été précédemment pensé. »

La première recherche a montré cela pour un groupe donné de protéines relatives, ou la famille de protéines, tous les membres de la famille partagent les structures et les fonctionnements courants. En examinant plus de 100 membres d'une famille de protéines, le groupe du sud-ouest d'UT a constaté que les protéines partagent une configuration spécifique des règles de choix acides aminées qui sont seules à cette famille.

« Ce que nous avons trouvé est le fuselage d'information qui est principalement antique dans chaque famille de protéines, et qui l'information est assez pour spécifier la structure des protéines d'aujourd'hui, » M. Ranganathan a dit.

Lui et son équipe ont vérifié leurs « règles » neuf découvertes glanées du dossier évolutionnaire en les introduisant dans un programme informatique qu'ils ont développé. Le programme a produit des séquences des acides aminés, que les chercheurs alors « de retour-ont traduit » pour produire les gènes artificiels. Une fois inséré dans des bactéries de laboratoire, les gènes ont produit les protéines artificielles comme prévues.

« Nous avons constaté qu'une fois d'isolement, nos protéines artificielles montrent la même gamme de la structure et le fonctionnement qui est montré par l'ensemble commençant de protéines naturelles, » M. Ranganathan a dit. « Le test réel sera de les mettre de nouveau dans un organisme vivant tel que des mouches à fruit de levure ou et de voir comment elles concurrencent les protéines naturelles dans un sens évolutionnaire. »

D'autres chercheurs du sud-ouest d'UT impliqués dans le travail sont des auteurs importants Michael Socolich, spécialiste en recherches de HHMI, et M. William Russ, instructeur auxiliaire de la pharmacologie ; Steve Lockless, étudiant en médecine ; Prashant Mishra, stagiaire de programme de formation de scientifique médical ; Heather Lee, technicien de HHMI ; et M. Kevin Gardner, professeur agrégé des biochimies et de la pharmacologie. Les chercheurs de Massachusetts Institute of Technology ont également participé.