Απαιτούνται απροσδόκητες αλληλεπιδράσεις πρωτεϊνών για την κατασκευή λουλουδιών Ars Technica

Υπερωρίες Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα Η ανάληψη πρόσθετης εργασίας εκτός από την πλήρη απασχόληση είναι έντονη συζήτηση. Αλλά στη βιολογία, οι υπερωρίες δεν είναι ασυνήθιστες, καθώς μεμονωμένες πρωτεΐνες συχνά εκτελούν πολλαπλές λειτουργίες. Για πολλά χρόνια, οι επιστήμονες γνώριζαν ότι μια ασυνήθιστη πρωτεΐνη λουλουδιών οργάνων (UFO) φαίνεται να κάνει κάποιο επιπλέον φωτισμό.

Με βάση τη δομή της πρωτεΐνης, ο ρόλος της στα φυτά πιστεύεται ότι στοχεύει πρωτεΐνες για καταστροφή. Αλλά λειτουργεί επίσης με την πρωτεΐνη των φύλλων (LFY) για να βοηθήσει τον σχηματισμό λουλουδιών. Μια ομάδα επιστημόνων από τη Γαλλία έχει τώρα ρίξει φως στο πώς αυτή η πρωτεΐνη εκτελεί δύο ρόλους.

Λουλούδια και UFO

Όταν πρόκειται για το σχηματισμό λουλουδιών, η πρωτεΐνη των φυλλωμάτων (LFY) είναι ένας πραγματικός παράγοντας. Τα λουλούδια χτίζονται από μέρη που ονομάζονται σέπαλα, πέταλα, στήμονες και καρπόφυλλα, διατεταγμένα σε στρόβιλους. Η πρωτεΐνη LFY, που δρα μόνη της ή σε συνδυασμό με άλλες πρωτεΐνες, είναι υπεύθυνη για την ενεργοποίηση των γονιδίων που είναι απαραίτητα για το σχηματισμό καθενός από αυτά τα μέρη. Το LFY συνδυάζεται με UFO για να βοηθήσει στο σχηματισμό των πετάλων και των στήμονων.

Σύμφωνα με την μελέτη Ο κύριος συγγραφέας, Φρανσουά Μπάρσι του CNRS και του Πανεπιστημίου της Γκρενόμπλ των Άλπεων, είπε ότι ο λόγος που χρειάστηκαν περισσότερα από 25 χρόνια για να καταλάβουμε τον μηχανισμό του UFO-LFY ήταν λόγω της «παραπλανητικής φύσης της πρωτεΐνης UFO».

Το ξένο σώμα ανήκει σε μια ομάδα περίπου 700 πρωτεϊνών που χαρακτηρίζονται από ένα μοτίβο αμινοξέων, που ονομάζεται περιοχή F-box, που ρυθμίζει τα επίπεδα άλλων πρωτεϊνών. Το ξένο σώμα επισημαίνει άλλες πρωτεΐνες για καταστροφή, είπε ο Barsi: “Τοποθετεί μια χημική ετικέτα στην πρωτεΐνη που επιλέχθηκε για αποικοδόμηση. Μόλις επισημανθεί η πρωτεΐνη, [some] Μηχανές κυττάρων, που ονομάζονται [a] Το πρωτεάσωμα, αναγνωρίζει την ετικέτα και κόβει την πρωτεΐνη σε εκατοντάδες κομμάτια».

Έτσι, μπορείτε να περιμένετε ότι το UFO σημαίνει επίσης LFY για Καταστροφή. Κανονικά, θα πρέπει επίσης να αποικοδομεί την πρωτεΐνη LFY. Ωστόσο, στην περίπτωση του LFY, διαπιστώσαμε ότι το ξένο σώμα είχε μια εντελώς διαφορετική λειτουργία – αυτή της δέσμευσης σε μια περιοχή του DNA που δεν μπορούσε να προσπελαστεί μόνο από το LFY.

Όταν ένας LFY και ένα UFO συναντώνται, κολλούν DNA κοντά σε γονίδια που είναι απαραίτητα για να σχηματιστούν τα πέταλα και οι στήμονες.

Ο Πάρσι και η ομάδα του ξεκίνησαν την έρευνά τους πριν από τέσσερα χρόνια με τη μαζική παραγωγή της πρωτεΐνης ξένου σώματος σε κύτταρα εντόμων. «Ήταν μια μεγάλη πρόκληση, γιατί το ξένο σώμα είναι μια από τις πιο δύσκολες πρωτεΐνες για να παραχθεί τεχνητά», είπε ο Barsi.

Όπου υπάρχουν λουλούδια

Αποδεικνύεται ότι το ξένο σώμα δεν χρειάζεται να καταστρέψει άλλες πρωτεΐνες για να συνεργαστεί με το LFY. Στη συνέχεια, το τροποποιήσαμε αφαιρώντας τον τομέα F-box που είναι υπεύθυνος για την αποικοδόμηση των πρωτεϊνών συνεργατών. Προς έκπληξή μας, ανακαλύψαμε ότι παρόλο που η υποτιθέμενη κύρια λειτουργία της είχε αφαιρεθεί, η πρωτεΐνη εξακολουθούσε να λειτουργεί καλά με την πρωτεΐνη LFY», είπε ο Barsi. Το πείραμα αποκάλυψε ότι η πρωτεΐνη UFO εκτελεί λίγες άλλες λειτουργίες από το να στοχεύει πρωτεΐνες για καταστροφή.

Αυτό το πρόσθετο φαίνεται να περιλαμβάνει την αλλαγή των αλληλουχιών DNA στις οποίες κολλάει ο Levy. Οι ερευνητές απέκτησαν μια τρισδιάστατη δομή της αλληλεπίδρασης μεταξύ LFY και UFO και των περιοχών του DNA με τις οποίες συνδέονται με τη χρήση ηλεκτρονικής μικροσκοπίας. Σύμφωνα με τον Parcy, όταν τα UFO και το LFY συνεργάζονται, είναι σε θέση να κολλήσουν σε περιοχές του DNA που είναι υπεύθυνες για το σχηματισμό πετάλων και στήμονα. Καμία από αυτές τις πρωτεΐνες δεν μπορεί να κολλήσει σε αυτό το DNA από μόνη της.

«Αυτό σημαίνει ότι ενώ κάθε πρωτεΐνη έχει την ικανότητα να αγγίζει ασθενώς μια περιοχή του DNA, όταν συνδυάζεται, ενισχύει τη δύναμή της, πυροδοτώντας μια αλληλεπίδραση με ένα νέο πρότυπο DNA», είπε.

Η ένωση LFY-UFO υπάρχει σε όλα τα ανθοφόρα φυτά. Επίσης στο ρύζι, δύο πρωτεΐνες, η LFY και η UFO, κολλάνε μεταξύ τους για να τους επιτρέψουν να δεσμεύσουν νέες περιοχές DNA, με αποτέλεσμα την ανάπτυξη του τμήματος του φυτού που φέρει τους κόκκους του, που ονομάζεται πανικός.

Τι κάνεις εδώ?

Σύμφωνα με τον Parcy, επί του παρόντος δεν γνωρίζουμε γιατί η πρωτεΐνη UFO συνεχίζει να διαθέτει έναν τομέα F-box, ο οποίος δεν παίζει κανένα ρόλο στην αλληλεπίδρασή της με το LFY.

“Εάν αυτός ο τομέας ήταν εντελώς άχρηστος, η εξέλιξη θα τον είχε αφαιρέσει. Το γεγονός ότι είναι ακόμα εκεί σημαίνει ότι έχει έναν ρόλο που μένει να ανακαλυφθεί. Ίσως το UFO παίζει ρόλο στη διάσπαση άλλων πρωτεϊνών. Δεν ξέρουμε Ωστόσο, αυτό που μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα είναι ότι αυτή η λειτουργία δεν είναι απαραίτητη για την κατασκευή πετάλων και στήμονων.”

Ωστόσο, δεν είναι το μόνο μυστήριο γύρω από τα λουλούδια. Ένα από τα μεγάλα μυστήρια είναι τι προκάλεσε την προέλευση των λουλουδιών, ειδικά δεδομένου ότι η συσχέτιση μεταξύ LFY και UFO φαίνεται να προϋπήρχε του πρώτου λουλουδιού. Η μελέτη μας δείχνει ότι αυτός ο μηχανισμός κοινής χρήσης ήταν ήδη παρών σε γυμνόσπερμα όπως τα κωνοφόρα καθώς και σε φτέρες. «Πρέπει να είχε άλλο ρόλο όταν δεν υπήρχαν λουλούδια», είπε ο Μπάρσι.

Αν και υπάρχουν υποθέσεις σχετικά με το γιατί τα λουλούδια προήλθαν πριν από περισσότερα από 130 εκατομμύρια χρόνια, η απάντηση παραμένει ασαφής.

Το UFO δεν είναι η μόνη πρωτεΐνη που κάνει κάποια επιπλέον δουλειά. Σύμφωνα με την Christine Foer, Καθηγήτρια Φυτικής Επιστήμης στο Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ, πολλές πρωτεΐνες επιτελούν σημαντικές λειτουργίες εκτός από αυτές για τις οποίες περιγράφηκαν για πρώτη φορά.

είπε ο Φουαγιέ, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα.

Nature’s Plants, 2023. DOI: 10.1038 / s41477-022-01336-2