Proteinevolution

Proteine sind die komplexesten Chemikalien, die in der Natur synthetisiert werden. Sie müssen sich zu komplizierten dreidimensionalen Strukturen falten, um aktiv zu werden. Dies stellt eine besondere Herausforderung dar, wenn es darum geht, ihre Entstehung aus nicht-lebendiger Materie zu erklären.

Bisher haben sich die Bemühungen, die Proteinevolution zu verstehen, auf Domänen konzentriert, also auf unabhängig voneinander faltbare Einheiten, aus denen moderne Proteine gebildet werden. Domänen sind jedoch selbst zu komplex, um sich de novo in einer abiotischen Umgebung entwickelt zu haben. Wir glauben, dass Domänen aus der Fusion kürzerer, nicht faltbarer Peptide entstanden sind, die sich als Kofaktoren zur Unterstützung einer primitiven, auf RNA basierenden Lebensform (der 'RNA-Welt') entwickelt haben [1].

Computergestützt versuchen wir, diesen alten Peptidsatz durch vergleichende Studien moderner Proteine zu rekonstruieren, so wie alte Vokabeln durch vergleichende Studien moderner Sprachen rekonstruiert wurden. Experimentell untersuchen wir, wie die Assoziation von kurzen, nicht faltbaren Peptidketten zu gefalteten Proteinen geführt haben könnte. Insbesondere interessieren wir uns für die Rolle der Wiederholung, ein Prozess, von dem bekannt ist, dass er für die Entstehung von Komplexität in anderen biologischen Systemen wesentlich war. Zu diesem Zweck haben wir mehrere strukturell repetitive Modellproteine ausgewählt (Abb. 1,2), die wir mit Hilfe der Proteinbiochemie und Strukturbiologie untersuchen. Wir interessieren uns auch für mehrere weniger offensichtlich repetitive Domänen, insbesondere für Cradle-Loop Barrels [2] und β-Tent Folds [3].

 

Referenzen

[1] Söding J., Lupas AN. (2003) More than the sum of their parts: On the evolution of proteins from peptides. Bioessays 25:837-846. PMID: 12938173

[2] Alva V., Koretke KK., Coles M., Lupas AN. (2008) Cradle-loop barrels and the concept of metafolds in protein classification by natural descent. Curr Opin Struct Biol 18(3):358-65. PMID: 18457946

[3] Lupas AN., Zhu H., Korycinski M. (2015) The thalidomide-binding domain of cereblon defines the CULT domain family and is a new member of the β-tent fold. PLoS Comput Biol 11(1):e1004023. PMID: 25569776