Ribosomalt protein uppvisar en anmärkningsvärd evolutionär förändring

Kryo-EM-kartor och atommodeller som visar strukturen hos ribosomalt protein msL1 i ribosomen från mikrosporidieparasiter V. necatrix (första raden), och protein msL2 i ribosomen från mikrosporidieparasiter E. cuniculi (andra raden).

BildLeon Schierholz

Proteinet, känt som msL1/msL2, finns i ribosomer hos parasitiska mikroorganismer som kallas mikrosporidier, och det föreslås spela en roll för att stabilisera det mycket reducerade proteinsyntesmaskineriet i dessa unika organismer.  
  
"Trots sin konserverade sekvens antar msL1/msL2 distinkta veck i två olika arter av mikrosporidier, Encephalitozoon cuniculi och Vairimorpha necatrix. Denna strukturella avvikelse är särskilt slående med tanke på att de två proteinerna delar ungefär 41% sekvenslikhet", kommenterar Léon Schierholz, en av författarna från Umeå universitet. 
 
De olika veckningarna av msL1/msL2 beror på förändringar i deras bindningsställen i ribosomen. I E. cuniculi-ribosomer binder msL2-Ec till en kortare helix av ribosomalt RNA (rRNA) än dess motsvarighet i V. necatrix-ribosomer, msL1-Vn. Denna skillnad i rRNA-sekvens får proteinerna att anta olika veck för att upprätthålla sina interaktioner med ribosomen.  
  
Forskarna fann också att de olika vecken hos msL1/msL2 inte åtföljs av någon förlust av funktion. Båda proteinerna kan utföra sin uppgift att binda till och stabilisera ribosomen, vilket tyder på att proteinets struktur inte är nära kopplad till dess funktion i det här fallet. 
 
Denna studie ger ett nytt perspektiv på utvecklingen av ribosomala proteiner, särskilt de med inneboende oordnade regioner. Den tyder på att strukturen hos dessa proteiner kan utvecklas snabbare än deras sekvens och att denna utveckling drivs av förändringar i deras bindningspartners inom ribosomen.  
  
"Evolution är svårt att studera eftersom vi ofta misslyckas med att se de mellanliggande stadierna, eller "övergångsformerna", mellan två distinkta organismer eller molekyler i levande kroppar. Istället tenderar vi att observera plötsliga och till synes radikala förändringar. I den här studien tror vi att vi har identifierat en av dessa sällsynta övergångsformer, vilket ger en djupare insikt i hur biologiska molekyler förändras när de utvecklas", säger Sergey Melnikov, sista författare till studien, från Newcastle University School of Medicine. 
 
Resultaten av denna studie har stor betydelse för vår förståelse av proteiners evolution och de faktorer som formar proteiners struktur och funktion. De belyser också utmaningarna med att använda sekvenslikhet för att förutsäga proteinstruktur och funktion, särskilt för proteiner med inneboende oordning.

Hänvisning till studien: 

Léon Schierholz, Charlotte R Brown, Karla Helena-Bueno, Vladimir N Uversky, Robert P Hirt, Jonas Barandun, Sergey V Melnikov, A conserved ribosomal protein has entirely dissimilar structures in different organisms, Molecular Biology and Evolution, 2023;, msad254, https://doi.org/10.1093/molbev/msad254  

Kontaktperson:
Nóra Lehotai
Projekt- och kommunikatörsamordnare
MIMS, Umeå universitet