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一項開(kāi)創(chuàng )性的研究為自然界中蛋白質(zhì)結構及其折疊的驚人多樣性提供了新的線(xiàn)索。研究人員開(kāi)始揭示大自然在多大程度上探索了可能的蛋白質(zhì)拓撲結構的廣闊前景。結果揭示了一系列令人震驚的未探索的蛋白質(zhì)折疊，擴展了我們的理解并揭示了蛋白質(zhì)宇宙的深度。
這項題為“Exploration of novel αβ-protein folds through de novo design”的研究已公開(kāi)發(fā)表于國際頂級期刊《Nature Structural and Molecular Biology》上。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究小組開(kāi)始了一項研究，將新蛋白質(zhì)折疊的理論預測與其從頭設計的實(shí)驗驗證相結合。
研究小組設計了基于物理化學(xué)和蛋白質(zhì)結構數據的規則，從理論上預測可能的蛋白質(zhì)折疊。這些規則然后被用來(lái)預測新的αβ-折疊，其中包括一個(gè)四至八股β-折疊，尚未在目前的蛋白質(zhì)數據庫（PDB）中觀(guān)察到。這導致了總共12356個(gè)新的褶皺的識別。然后，研究小組試圖從頭開(kāi)始為預測的新型折疊設計蛋白質(zhì)，以評估新型折疊的可折疊性和保真度。
研究人員試圖通過(guò)計算設計具有所有預測折疊的蛋白質(zhì)，這些折疊具有四鏈β折疊，包括形成結樣結構的折疊。但這些蛋白質(zhì)在設計時(shí)并未被期望都能像預期的那樣折疊成結構。但實(shí)驗測試的結果令人驚訝，對于所有的折疊，計算設計的蛋白質(zhì)結構與實(shí)驗結構非常匹配。
這些發(fā)現表明存在至少約10000個(gè)未探索的可折疊αβ折疊，考慮到在自然界中僅觀(guān)察到400個(gè)αβ折疊，這是一個(gè)重要的啟示。這表明在蛋白質(zhì)折疊空間中許多潛在的折疊仍然未知。
這些結果提出了一些關(guān)于蛋白質(zhì)結構和進(jìn)化的假設。一個(gè)假設是，蛋白質(zhì)在生物學(xué)中存在的時(shí)間可能不夠長(cháng)，以至于所有可能的折疊都沒(méi)有被探索到。另一個(gè)假設是，由于地球上的所有生命都是從一個(gè)共同的祖先進(jìn)化而來(lái)，自然界中的蛋白質(zhì)折疊本質(zhì)上是有偏差的。也就是說(shuō)，蛋白質(zhì)可能是通過(guò)重復使用特定的折疊來(lái)進(jìn)化的，同時(shí)表達不同的功能——如果外星生命確實(shí)存在，它可能利用了一組不同的蛋白質(zhì)折疊。
蛋白質(zhì)因其多樣的功能而聞名，這些功能是由蛋白質(zhì)三維結構的多樣性產(chǎn)生的。這項研究揭示了自然界中至少存在約10000個(gè)未知的可折疊αβ折疊。具有這些新折疊的蛋白質(zhì)的設計將導致更大的結構多樣性。這將為功能蛋白質(zhì)分子的從頭設計鋪平道路，加速藥物開(kāi)發(fā)，酶設計和其他領(lǐng)域的突破。
