Science:磷酸化,进化的另一条路径


EMBL-EBI和华盛顿大学的研究人员发现,蛋白质修饰变化为进化提供了显著的生物多样性。相关论文发表在10月13日的《Science》杂志上,有助于更好的理解物种对环境的适应。

遗传多样性研究过去往往针对的是基因表达。而这项研究表明,蛋白磷酸化也对遗传多样性做出了重要的贡献。蛋白磷酸化属于翻译后修饰PTM,是一种通用的快速调控机制。它可以赋予蛋白新的功能,影响蛋白的开启或关闭,改变蛋白的目的地。

此前,人们在近缘物种之间进行蛋白比较的时候没有发现多少突变。因此并未将PTM视为生物多样性的重要因素。现在研究人员发现,只需很少的突变就能改变蛋白磷酸化位点。换句话说,少量改变会对蛋白和细胞运作产生很大的影响。

研究人员对18个单细胞生物进行研究,重建了它们磷酸化位点的进化史。研究显示,绝大多数磷酸化位点出现时间相对较近,说明它们参与了物种差异的形成,对进化多样性做出了贡献。研究人员指出,如果物种需要适应新的条件,它需要一代代生成很大的多样性,以便进化在其中做出选择。基因表达变化是实现多样性的重要途径,而蛋白磷酸化的改变同样有效。 

癌症与磷酸化 

PTM生成的多样性也是癌症研究需要考虑到的问题。不少癌症药物通过阻断肿瘤生长的信号通路来抑制肿瘤,相当于给蛋白挂上一把锁。而癌症会通过突变生成新的PTM和信号事件,相当于制造数百万不同的钥匙。绝大多数钥匙可能是无效的,但只要有一把钥匙打开了锁,肿瘤就能重新开始生长。

靶向性治疗可以阻断肿瘤的生长通路,但这些细胞往往能够绕道而行,对药物发展出抗性。加州理工的研究团队通过单细胞分析,全面绘制了癌细胞迂回前进的路线。研究显示,单细胞磷酸化蛋白质组学技术能够反映单个癌细胞的内部活动和信号传导。

蛋白磷酸化是最常见、最重要的一种翻译后修饰,参与并调节了机体的多种生命活动,比如信号转导、基因表达、细胞周期等等。Salk生物研究所的科学家们开发了一种检测蛋白磷酸化的新技术,相关成果发表在去年七月的Cell杂志上。 

中山大学生命科学学院的贺雄雷(XiongleiHe)教授和 Li Liu在本期Science杂志上发表文章,通过介绍爱丁堡大学和密歇根大学的两项研究,探讨了前瞻性分子进化研究的前景与应用。文章指出,确定适应度景观可以帮助我们预测进化轨迹。这一点非常有实用价值,比如控制病毒感染的蔓延或者预防抗生素抗性的产生。

原文:Evolution ofprotein phosphorylation across 18 fungal species

http://science.sciencemag.org/content/354/6309/229

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