威斯康星大学麦迪逊分校的新研究解码了调节蛋白的进化途径，调节蛋白是帮助控制基因表达的分子。
生物化学系拉曼实验室的研究结果最近在《细胞系统》杂志上发表。以下是他们的发现概要：
随着细胞随着时间的推移适应环境的变化，蛋白质通过进化过程获得和失去功能。
蛋白质进化在某些酶中得到了充分研究，但在调节蛋白中却尚未得到充分研究，调节蛋白有助于控制基因表达。
一项对一种调节蛋白进化的新的全面研究表明，随着时间的推移，蛋白质如何进化以获得和失去功能，不同类别的蛋白质是不同的。虽然一些蛋白质以逐步的方式进化，随着时间的推移慢慢获得或失去功能，但负责控制基因表达等重要功能的蛋白质遵循一种进化模式，保护它们不会同时执行多种功能。
您需要了解哪些背景信息?
达尔文对加拉帕戈斯群岛的雀类进行了著名的描述，它们经常被用作进化论的典型例子。随着时间的推移，自然发生的基因突变导致鸟类的外观发生微小的、渐进的变化。赋予雀类优势的变化被传递给后代，最终产生了各种喙和身体形状，很好地适应了不同的饮食和觅食技术。
生物分子也会随着时间的推移而进化，以获得新的功能并失去不必要的功能，以响应细胞环境的变化，例如暴露于新分子或引入病原体。这种进化是一个持续的过程，有利于突变，使生物体能够有效和高效地发挥作用。
例如，科学家知道酶(一类负责启动和加速生化反应的蛋白质)会逐渐进化。个体突变不断积累，最终赋予酶在细胞中的新功能。
但这种进化模式并不适用于所有类别的蛋白质。
为什么蛋白质之间的进化模式不同?
虽然一些蛋白质可以逐渐进化以改变其功能，有时甚至在整个过程中执行多种功能，但调节蛋白有一个更微妙的系统需要平衡。
调节蛋白有助于控制基因表达，像电灯开关一样打开和关闭基因。如果一个光开关控制多个基因的表达，那么仅控制其中一个基因的表达就变得更加困难。这就是为什么调节蛋白通常具有有限的功能：执行多个相关的功能可能会导致灾难性的影响，包括细胞死亡、基因表达改变或不受控制的细胞分裂，从而导致肿瘤。当蛋白质的功能如此重要和复杂时，突变和进化的风险就更高。
科学家们如何取得进展?
为了更好地了解调节蛋白的进化轨迹，Vatsan Raman 和他实验室的研究人员绘制了一种称为转录调节因子的特定调节蛋白数千年来的进化图。这种蛋白质有助于控制从 DNA 合成 RNA 的速度。
他们利用计算机模型推断出该蛋白质突变的可能历史。这种方法为他们提供了比过去研究中使用的更多数百个代表蛋白质进化历史的DNA序列。利用这些数据，他们追踪了蛋白质可能的突变——以及由此产生的功能获得和丧失——揭示了一种新的进化模式。
与酶中看到的逐步模式相反，转录调节蛋白在发生突变时会迅速获得或丧失功能。这种快速的变化有助于它们保持与特定分子结合的单一作用，防止它们同时发挥多种作用。
拉曼和他的团队相信，他们的研究揭示的转录调节蛋白的进化模式也可能在其他调节蛋白中观察到。更深入地了解转录调节因子的进化景观将有助于科学家设计新的调节因子来控制基因回路、感知分子、设计生物合成途径和监测细胞代谢物，从而为新的生物医学和生物技术发现打开大门。
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