美國科學家進行的一項最新研究，首次確定了一種重要人類蛋白——腎上腺皮質激素受體（glucocorticoid receptor，簡稱GR）的遠古原子結構，并且揭示出它在4.5億年歷史中的進化細節。這項前所未有的研究有助于解開長期以來科學家在進化遺傳學上的一些爭論。相關論文8月16日在線發表于《科學》雜志。
論文高級作者、美國俄勒岡大學的Joseph Thornton表示，“我們從來沒有看得如此清楚、如此遠過。新的研究讓我們從原子水平看清了進化塑造分子機器的精確機制，并推測出了這一歷史進化事件的順序過程。”
在最新的研究中，Thornton和博士后Jamie Bridgham利用強大的計算和分子技術，重建了GR蛋白的遠古祖先。隨后，他們與美國北卡羅萊納大學的生物化學家Eric Ortlund和Matthew Redinbo一道，利用美國Argonne國家實驗室先進光子源（Advanced Photon Source）的超高能X射線，繪制了遠古蛋白當中2000個原子的精確位置圖。在此基礎上，研究人員追溯研究了過去4.5億年里，該蛋白的原子架構是如何改變，從而進化出現今的特殊功能——讓細胞能夠響應皮質醇（cortisol）。
通過分析原子結構，研究人員發現，在幾億年的時間里，遠古GR蛋白共發生了7次較大的變異。同時，科學家認為，GR蛋白要能夠對皮質醇產生響應，在這幾次主要變異之前，都必須發生一些相對較小甚至可以忽略的“自由變異”（permissive mutations）。在這種關聯的基礎上，研究人員最終推測出了GR蛋白所有基因變異的順序。
研究結果表明，GR蛋白所發生的最根本的變異是使蛋白的某一區域整體發生了重新裝配，從而使一部分原子接近皮質醇。而這一區域發生的另一個重要變異創建了原子與皮質醇的新的緊密的相互作用。值得注意的是，在這兩個過程之前GR蛋白發生了許多“自由變異”，這從結構上支撐了GR蛋白的特定部分，使其能夠承受最終的改變。
Thornton表示，這些自由變異完全是碰巧發生的事情，但如果不是它們首先發生，之后的較大變異就不會是一條通向GR蛋白新功能的進化之路。要是幾億年的過程重新來過，現在出現的很可能就是完全不同的基因序列和蛋白功能機制。
NSF項目主任Dianna Padilla評價說，“該研究成果是許多科學家的夢想，它解答了一個十分重要的問題，即適應性是通過較大的還是較小的變異發生的。新的研究結果說明，小的變異才能使較大的適應性發生并且得到改善。”
圖片說明：人類腎上腺皮質激素受體蛋白在4.5億年的時間里發生結構變化，最終進化出了特定的功能（圖片來源：Eric Ortlund, University of North Carolina）
相關閱讀（英文）
在人類中，活到百歲已是長壽，而在鯨類中，這個歲數還算“年輕”，因為該家族中的弓頭鯨有時能活200多年。但沒人知道弓頭鯨長壽的原因。一項10月29日發表于《自然》的研究發現，弓頭鯨能夠活數百年且不患癌癥......
美國加州大學舊金山分校科學家發現，大腦衰老背后隱藏著一種名為FTL1的關鍵蛋白。實驗顯示，過量FTL1蛋白會導致小鼠記憶力衰退、大腦神經連接減弱以及細胞反應遲鈍。一旦阻斷這種蛋白，老年小鼠就能恢復年輕......
中國科學院上海藥物研究所研究員羅成、周兵、陳奕和華東師范大學研究員陳示潔合作，提出“強支點占據-杠桿干擾”（FOLP）的蛋白-蛋白相互作用（PPI）先導化合物設計策略，為PPI領域研究提供新的概念和方......
水稻作為最重要的糧食作物，為超過半數的世界人口提供主食。然而，水稻黑條矮縮病毒(SRBSDV)等病毒嚴重危害水稻生長，威脅糧食生產安全，解析病毒—水稻互作的分子機制對水稻病毒病的防控具有重要意義。近日......
記者從安徽農業大學獲悉，該校王曉波教授團隊聯合中國農業科學院作物科學研究所邱麗娟、李英慧研究員團隊，解析了關鍵基因對大豆種子油脂和蛋白比例（油蛋比）的調控機制，為高油或高蛋白大豆品種選育提供了新方向。......
中國科學院院士施一公團隊解析了BAX線狀/環狀聚合物所共享的基本重復單元結構，解答了“死神”BAX究竟是如何讓細胞走上死亡命運的不歸路。6月27日，相關研究成果發表在《科學》。BAX多邊形結構。課題組......
澳大利亞沃爾特和伊麗莎霍爾醫學研究所團隊在對抗帕金森病的斗爭中取得重大突破：他們成功解開了一個長達數十年的謎團，確定了人類PINK1蛋白與線粒體結合的具體結構，為開發治療帕金森病的新藥開辟了新道路。這......
暨南大學生命科學技術學院教授鄒奕團隊在廣東省重點研發項目、廣東省自然科學基金等項目的資助下，研究發現轉甲狀腺激素蛋白或成術后認知功能障礙診斷新標志物，有望助力早期干預。近日，相關成果發表于《分子精神病......
過去幾年里，單細胞蛋白質組學技術取得了長足發展，單細胞蛋白質組學逐漸走向成熟，后續有望廣泛應用于腫瘤異質性分析、免疫學研究、發育生物學、神經科學以及精準醫學等領域。然而，從技術發展成熟到實際場景應用分......
記者20日從西湖大學獲悉，該校未來產業研究中心、生命科學學院、西湖實驗室盧培龍課題組首次實現跨膜熒光激活蛋白的從頭設計，這也是首個通過人工設計得到的、能夠精確結合特定小分子的跨膜蛋白。相關研究成果當天......