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古代のタンパク質は、鏡の世界で働くことで生物学的ルールを破ります

古代のタンパク質の鏡像版は、まだDNAに結合し、分子の利き性についての信念に挑戦し、幼少期の進化について新鮮な手がかりを提供することができます。 不思議の国のアリスの分子再解釈は、驚くべき機能を備えた古代のタンパク質を明らかにしています。 画期的な発見の中で、研究者は、分子構造が鏡の反射のようにひっくり返されている場合でも、古代のタンパク質がまだ機能することを発見しました。このまれで予想外の発見は、DNAとRNAと相互作用するタンパク質がどのように進化したかについてのエキサイティングな新しい手がかりを提供します。 国際科学者のチームは、DNAとRNAに付着するためにあらゆる形態の生命によって使用される単純で古代のタンパク質が、その「利き手」が逆になっていても機能的であることを明らかにしました。これは、研究者が「鏡の世界」と呼ぶもので核酸結合タンパク質が作動することが初めて示されたときであり、それは生命の分子機械の厳格な一方向の設計に関する長年の信念に挑戦します。 この研究は、東京の地球生物科学研究所（ELSI）が率い、エルサレムのヘブライ大学およびワイズマン研究所の研究者と協力して、この古代のタンパク質モチーフが機能的に「両手格子」であることを発見しました。言い換えれば、DNAとRNAの自然イメージバージョンとミラーイメージバージョンの両方に結合できます。この顕著な柔軟性は、核酸と相互作用するタンパク質ではこれまでに見られたことがなく、地球上の生命の初期の進化への窓を開きます。 自然および鏡像dsDNAへの単純化された（HHH）2倍タンパク質結合。 2つの結合モード間の結合表面は部分的に重複しています。クレジット：Liam M. Longo 人間の手のように、多くの分子は、互いの鏡像である「右利き」と「左利き」の形に存在します。地球上の生命は分子の利き手を強く好みます。タンパク質は左利きのアミノ酸で構成されていますが、核酸は右利きの糖で構成されています。ホモキラリティと呼ばれるこの現象は、私たちが知っているように、生物学の基本的な特徴です。 いくつかの例外を除いて、複雑な分子の利き手をひっくり返すと、地球の生命とともに段階から落ち、機能を止めます。それは、アリスが見ているガラスを通り、自分とはまったく違った世界に足を踏み入れるようなものです。この事実は、ミラーイメージのタンパク質が通常の生物学的機能を実行できないという長年の見解につながりました。 驚くべき発見：機能的な両手利き リアム・M・ロンゴ教授が率いる新しい研究は、エルシのヘブライ大学でノーマン・メタニス教授とオリット・ワイル・クトルザ教授とヤアコフ教授（コビー）・レビー教授のオリト・メタニス教授とオリット・ワイル・クトルザ博士と協力して、エルシの准教授および修士科のタツヤ・コルレットに任命されました。学生Segev Naveh-Tassa、Yael Fridmann-Sirkis博士、DraganaDespotović博士、およびWeizmann Institute of ScienceのKesava Phaneendra Cherukuri博士は、この仮定に挑戦しています。 この研究では、ジャーナルに掲載されています 応用化学、研究者たちは、ヘリックス・ヘアピン・ヘリックス（HHH）モチーフと呼ばれる原始的で広く保存されたタンパク質構造が、左と右利きの両方の形で機能できると報告しました。 その自然状態では、HHHモチーフはDNAとRNAに結合します。驚くべきことに、研究者たちは、モチーフの化学的に合成された鏡像も機能的であることを発見しました。著者は機能的な両手利きと呼ぶ現象です。簡単に言えば、HHHモチーフは、両手にぴったりとフィットする手袋のようなものです。このような核酸結合タンパク質は以前に報告されていません。 テストとシミュレーション：予期しない類似点 二本鎖DNAには右利きのひねりがあるため、合理的な期待は、鏡像のタンパク質が結合できないということでした。 「私はモチーフを見ていました - コンピューターで遊んでいるだけです - そして私は突然考えました：このモチーフはミラーDNAを結合できる！」ロンゴは言った。 「それはクレイジーなアイデアでした」とペプチド化学者のメタニスは言いました。ミラー化されたHHHモチーフ含有タンパク質が二本鎖DNAに結合するかどうかを調査するために、ミラーイメージタンパク質を合成し、ラボでの結合を確実に測定しました。 しかし、鏡像のタンパク質の結合は天然タンパク質と同様でしたか？これをテストするために、研究者は、いくつかの変異の効果と同様に、非拘束の速度論を分析しました。そして、両方のアプローチが驚くべき類似点を示唆しました。 これらの結果に励まされて、Longoは分子シミュレーションを使用して結合プロセスの詳細な分子絵を描くことができる計算化学者であるLevyに連絡しました。研究者が発見したことは彼らを驚かせました：天然像と鏡像のタンパク質がDNAにどのように結合したかには違いがありましたが、タンパク質の同様の領域は、それぞれの場合に結合の原因でした。言い換えれば、これらの2つの結合モードは、分子レベルで互いにリンクされていました。 この研究は、核酸に結合する両手利きのタンパク質のエキサイティングな最初の例であり、答えよりも多くの疑問を提起します。そもそもこのタンパク質が両手利きになったのはどのような力ですか？ 「まだわかりません」とメタニスは言います。 「おそらく、このドメインが複数のタイプのDNA構造に結合する必要があるか、DNA分子に沿ってスライドする必要性を反映しています。」または、おそらくそれはさらに大きな進化的な謎を指している：「最も興味深い説明は、機能的な両手利きがかつては選択的な圧力にさらされていたということです。ロンゴは笑顔で言った。しかし、著者は、そのような挑発的な結論を引き出すことができることから、私たちはまだ遠く離れていると警告しています。今のところ、他の両手利きのタンパク質の狩りが始まります！ ブレークスルーを見逃さないでください：ScitechDailyニュースレターに参加してください。 #古代のタンパク質は鏡の世界で働くことで生物学的ルールを破ります