随机突变蛋白质变化 与多细胞生命的开始联系在一起

所有这一切都是超过6亿年前的一次突变。通过这种随机行为，一种新的蛋白质功能诞生，帮助我们的单细胞祖先过渡到有组织的多细胞生物体。这是在俄勒冈大学生物化学家Ken Prehoda实验室的基础研究中出现的一些分子时间旅行的情景。

eLife是一个开放获取期刊，2012年在霍华德休斯医学研究所，马克斯普朗克学会和威康信托基金会的支持下，详细介绍了蛋白质相互作用带来的突变和变化。该研究有助于解决科学家们关于进化的几个重要问题，Prehoda是化学和生物化学系教授，UO分子生物学研究所所长。它还对研究疾病状态有影响，例如癌症，其中受损细胞不再与我们体内的其他细胞合作并恢复到单细胞状态，其中每个细胞都独立存在。

Prehoda说，突变可能导致好的或坏的结果，甚至是两者的结合，其实验室主要关注蛋白质如何在细胞内发挥作用。“蛋白质是我们细胞的主力，可以完成新陈代谢等多种任务，”他说。“但是，执行一项任务的蛋白质如何演变为另一项任务?复杂系统如何让细胞以有组织的方式协同工作，发展出他们需要的许多不同的蛋白质?我们的工作表明，新的蛋白质功能可以发展极少数突变。在这种情况下，只需要一个。“

对于这项研究，Prehoda的团队在加州大学伯克利分校的Nicole King小组的帮助下开始研究choanoflagellates。Choanoflagellates是一组自由生活的单细胞生物，被认为是最接近动物的活体亲属。这些类似海绵的海水生物体有一个短的向外弯曲的尾巴，称为鞭毛，可以移动和收集食物。Choanoflagellates既以单细胞孤立形式存在，也以多细胞集落形式存在。

Prehoda及其同事随后使用了祖先蛋白质重建技术，这是UO共同作者Joseph W. Thornton设计的一种技术，他现在是芝加哥大学的生物学家。通过使用基因测序和计算方法在进化树中向后移动，研究人员可以看到分子变化并推断蛋白质在过去的深层表现。在这项新研究中，来自40多种其他生物的基因序列被发挥作用。

该团队的旅程确定了一个突变，这对于打开最终不再需要尾巴的有组织的多细胞动物的大门非常重要。他们还发现，choanoflagellate flagellum对于组织其多细胞集落至关重要，这表明随着我们的单细胞祖先转变为多细胞生活方式，情况也可能如此。

Prehoda的研究小组认为，当酶的基因在细胞内复制时，尾巴的作用就变得不那么重要，而单个突变允许其中一个拷贝帮助定位和排列新制造的细胞。今天，在所有动物基因组及其密切的单细胞亲属中发现了由这种突变产生的蛋白质结构域，但在其他生命形式中不存在。“这种突变是一个小改变，它极大地改变了蛋白质的功能，使其能够执行完全不同的任务”Prehoda说。“你可以说动物真的很喜欢这些蛋白质，因为现在我们里面有70多种蛋白质。”