[所屬分類:行業(yè)動(dòng)態(tài)] [發(fā)布時(shí)間:2025-1-13] [發(fā)布人:楊曉燕] [閱讀次數(shù):] [返回]

中外科學(xué)家聯(lián)合揭示蛋白質(zhì)穩(wěn)定性與疾病的關(guān)聯(lián)
作者：刁雯蕙      來源：中國科學(xué)報(bào)
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人類基因組中，有超過20000個(gè)基因序列用于編碼蛋白質(zhì)，這類基因如果發(fā)生了錯(cuò)義突變，將影響蛋白產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和功能。其中，近5000種與蛋白質(zhì)有關(guān)的錯(cuò)義突變和單基因遺傳病相關(guān)，如脊髓性肌肉萎縮癥、地中海貧血、白化病等。
然而，幾乎對(duì)所有蛋白質(zhì)而言，變異對(duì)其功能的影響目前尚未被充分解析。北京時(shí)間1月9日凌晨，西班牙巴塞羅那基因組調(diào)控中心聯(lián)合華大生命科學(xué)研究院（簡稱“華大”）在蛋白質(zhì)研究領(lǐng)域取得重大突破，成果發(fā)表于《自然》。研究人員首次通過對(duì)522個(gè)人類蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域的大規(guī)模定點(diǎn)突變進(jìn)行研究，成功構(gòu)建了名為“Human Domainome 1”的數(shù)據(jù)集，揭示了蛋白質(zhì)穩(wěn)定性在致病機(jī)制中的關(guān)鍵作用。
如果將細(xì)胞視為一個(gè)小小的建筑工地，氨基酸就像是工地上的原材料，如磚塊；肽鍵就像是將原材料連接起來的“粘合劑”，如水泥；而根據(jù)DNA指令所形成的氨基酸序列則像是施工圖紙，規(guī)定了原材料的排列順序。根據(jù)不同的“圖紙”，氨基酸會(huì)連接成各異的多肽串。多肽串又經(jīng)過彎曲、扣合，折疊成特定的三維結(jié)構(gòu)，才能成為具有生物活性的蛋白質(zhì)，繼而發(fā)揮功能。
一條肽鏈上能獨(dú)立折疊成緊密而穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的任何氨基酸片段，被稱為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域，其作為折疊的功能單元，為研究突變對(duì)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性和功能的影響提供了理想模型。
在該研究中，研究人員采用華大自主研發(fā)的高通量并行合成技術(shù)，構(gòu)建了包含超過120萬種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域突變體的深度飽和掃描突變文庫。通過整合高通量測序和蛋白質(zhì)豐度片段互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，研究人員精準(zhǔn)量化了突變對(duì)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)突變對(duì)蛋白質(zhì)核心區(qū)域的穩(wěn)定性影響更為顯著，而對(duì)表面區(qū)域突變的影響較弱。該研究涵蓋了195個(gè)全α（螺旋）、127個(gè)全β（折疊）、47個(gè)α+β等多種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)類型，以及275個(gè)來自人類疾病基因的結(jié)構(gòu)域，其中包含108個(gè)已注釋的致病突變。
通過Boltzmann熱力學(xué)模型，該研究發(fā)現(xiàn)突變對(duì)穩(wěn)定性的效應(yīng)在結(jié)構(gòu)同源的蛋白中高度保守。利用該模型，研究進(jìn)一步預(yù)測了7271個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域中的超四百萬種突變，涵蓋了13878種臨床注釋突變，包括1310種致病變體和951種良性變體。
分析表明，52%的致病變體均表現(xiàn)出穩(wěn)定性下降現(xiàn)象。而對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)集的分析發(fā)現(xiàn)，超過60%的致病性錯(cuò)義突變會(huì)顯著降低蛋白質(zhì)穩(wěn)定性，揭示了蛋白質(zhì)穩(wěn)定性在疾病發(fā)生中的關(guān)鍵作用。
據(jù)介紹，該研究所建立的高通量突變體庫構(gòu)建與解析能力，不僅提升了對(duì)臨床突變的解釋能力，還為蛋白質(zhì)家族域的全基因組研究提供了新途徑。未來，“Human Domainome 1”數(shù)據(jù)集有望成為基礎(chǔ)科學(xué)研究、臨床遺傳學(xué)及藥物開發(fā)領(lǐng)域的重要工具，推動(dòng)人類基因組精確注釋和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的實(shí)現(xiàn)。
相關(guān)論文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08370-4
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