Informație

Găsim proteine ​​care nu au origine celulară în natură?


Am citit o dată că avem două surse de proteine:

  1. Proteină care se produce în celule
  2. Proteine ​​care se fac în laboratoare

Cu toate acestea, pe baza experimentului Miller-Urey, se susține că aminoacizii pot fi produși din starea inițială a Pământului și, din această legătură, se pare că lumea cu proteine ​​prima este o ipoteză.

Cu toate acestea, dacă acceptăm că proteinele ar putea fi produse înainte de celule, atunci procesul care a făcut proteinele în primul rând este încă acolo. Aceasta înseamnă că ar trebui să putem găsi proteine în afara celulelor sau a laboratoarelor în natură.

Găsim proteine ​​care nu au origine celulară în natură?


Pe planeta noastră, există o cantitate atât de incredibil de masivă de proteine ​​create de organismele biologice (precum și de construcții peptidice mai mici) încât ar fi esențial imposibil să se identifice orice a fost creat de un proces natural non-biologic.

Mai mult, acum că există viață, orice locație cu condițiile potrivite pentru crearea non-biologică de proteine ​​ar fi, de asemenea, un loc bun pentru ca microbii moderni să profite de aceleași resurse pentru a se dezvolta singuri, deturnând intrările necesare sau consumând rapid ieșiri.

Din acest motiv, căutăm precursori ai vieții în spațiu și am găsit demult elementele de bază. Acesta este și motivul pentru care sondele către alte planete sunt sterilizate cu atenție, pentru că altfel nu vom ști niciodată dacă viața găsită pe Marte este doar organisme de colon rezistente transplantate de pe Pământ.

Din câte știu, totuși, nu s-a găsit încă nicio moleculă non-Pământească care să aibă complexitatea deplină a unei proteine, spre deosebire de doar aminoacizii izolați.


ADN ca material genetic | Biologie

Frederick Griffith, în 1928, a efectuat o serie de experimente cu Streptococcus pneumoniae (o bacterie care provoacă pneumonie). El a observat că atunci când aceste bacterii (Streptococcus pneumonia) sunt cultivate pe o placă de cultură, unele dintre ele produc colonii netede și strălucitoare (de tip S), în timp ce celelalte produc colonii aspre (de tip R). Această diferență de caracter (netedă / aspră) se datorează unui strat mucos (polizaharidic) prezent în bacteriile tulpinii S, care nu este prezent în tulpina R.

În experimentele sale, el a infectat mai întâi două grupuri separate de șoareci. Șoarecii care au fost infectați cu tulpina S mor din cauza pneumoniei.

Tulpinile & # 8216S & # 8217 sunt tulpinile virulente care cauzează pneumonie.

Șoarecii care au fost infectați cu tulpina R nu dezvoltă pneumonie și trăiesc.

S-tulpină (tulpină virulentă) → Se injectează în șoareci → Șoarecii mor

R-tulpină (tulpină non-virulentă) → Injectați în șoareci → Șoareci vii

În următorul set de experimente, Griffith a ucis bacteriile încălzindu-le. Șoarecii cărora li s-au injectat bacterii cu tulpina S ucise prin căldură nu au murit și au trăit, în timp ce șoarecii cărora li s-a injectat un amestec de bacterii cu tulpina S și R-tulpină vii au murit din cauza simptomelor neașteptate de pneumonie.

S-tulpina (căldură ucisă) → Injectați în șoareci → Șoareci vii

S-tulpina (căldură ucisă) + R-tulpina (viu) → Injectați în șoareci → Șoarecii mor

Griffith a ajuns la concluzia că bacteriile vii cu tulpina R au fost transformate de către bacteriile cu tulpina S ucise prin căldură.

El a dovedit că există un principiu de transformare care a fost transferat de la tulpina S ucisă prin căldură, care a ajutat bacteriile tulpinii R să sintetizeze un strat neted de polizaharidă și astfel să devină virulente. Acest lucru s-a datorat transferului materialului genetic.

Cu toate acestea, el nu a putut defini natura biochimică a materialului genetic din experimentele sale.

Caracterizarea biochimică a principiului transformator:

Oswald Avery, Colin MacLeod și Maclyn McCarty (1933-44) au lucrat pentru a determina natura biochimică a principiului de transformare & # 8217 în experimentul Griffith și în experimentul Griffith într-un sistem in vitro.

Din celulele S ucise prin căldură, au purificat substanțele biochimice (proteine, ADN, ARN etc.) pentru a observa ceea ce biochimicele ar putea transforma celulele R vii în celule S.

Prin urmare, au descoperit că ADN-ul numai de la bacteriile de tip S ucise prin căldură a cauzat transformarea bacteriilor de tip R non-virulente în bacterii de tip S virulente.

Enzimele digestive ale proteinelor (proteazele) și enzimele digestive ale ARN-ului (RNazele) nu au cauzat această transformare. Acest lucru a dovedit că substanța transformatoare & # 8217 nu era nici proteina, nici ARN.

Enzima digestivă a ADN-ului (DNază) a provocat inhibarea transformării, ceea ce sugerează că ADN-ul a provocat transformarea. Astfel, acești oameni de știință au ajuns la concluzia că ADN-ul este materialul ereditar.

Experimentul Hershey și Chase:

Dovada pentru ADN ca material genetic a venit din experiment. Alfred Hershey și Martha Chase (1952) au efectuat câteva experimente cu virusurile care infectează bacteriile. Acești viruși se numesc bacteriofagi.

Materialul genetic al bacteriofagului intră în celula bacteriană după ce bacteriofagul se atașează de bacterie. Celula bacteriană tratează materialul genetic al virusului (bacteriofagul) ca propriul său material genetic și apoi produce mai multe particule de virus. Hershey și Chase au experimentat pentru a afla dacă proteina sau ADN-ul provenit din virus a intrat în bacterii.

Pentru aceasta, au luat două medii separate pentru cultivarea acestor bacteriofagi:

(i) Din două, un mediu conținea fosfor radioactiv, iar celălalt mediu conținea sulf radioactiv. Virușii (bacteriofag) au fost apoi crescuți pe fiecare mediu.

(a) Virușii crescuți în prezența fosforului radioactiv (32 P) conțin ADN radioactiv (dar nu proteine ​​radioactive). Acest lucru se datorează faptului că ADN-ul conține fosfor, nu proteine.

(b) În același mod, virusurile crescute în mediul care conține sulf radioactiv (35 S) conțin acum proteine ​​radioactive (nu ADN radioactiv). Acest lucru se datorează faptului că ADN-ul nu conține sulf.

(ii) Aceste virusuri radioactive (bacteriofage) au fost apoi lăsate să se atașeze la bacterii (E. colt). Pe măsură ce procesul de infecție cu virus a continuat, bacteriile au fost agitate într-un blender și straturile virale ale bacteriei au fost îndepărtate.

(iii) Când au fost rotite într-o centrifugă, particulele virusului au fost separate de bacterii.

(iv) Au observat că bacteriile infectate cu virus care conțin ADN radioactiv erau radioactive, în timp ce bacteriile infectate cu proteine ​​radioactive nu erau radioactive.

(v) Acest lucru indică faptul că numai ADN-ul, nu stratul proteic, a intrat în celula bacteriană.

(vi) Astfel, materialul genetic care este transmis de la virus la bacterii este ADN-ul.

Proprietățile materialului genetic:

Din experimentul Hershey și Chase, s-a stabilit faptul că ADN-ul acționează ca un material genetic. Dar mai târziu, studiile au arătat că, în unele virusuri (de exemplu, virusurile mozaicului tutunului, bacteriofagul QB etc.), ARN-ul este materialul genetic.

Următoarele sunt criteriile pe care o moleculă trebuie să le îndeplinească pentru a acționa ca material genetic:


Constatări

Două clase de compartimente icosaedrice au fost identificate la bacterii și arhee care prezintă o asemănare morfologică izbitoare cu capsidele virale. Prima clasă include nanocompartimentele encapsulinei (cu diametrul de 24 sau 32 nm) care sunt similare din punct de vedere structural și posibil derivate din proteinele majore de capsidă asemănătoare HK97 ale virușilor bacterieni și arhaeali de ordin Caudovirales [1, 2]. Cea de-a doua clasă constă din microcompartimente bacteriene (BMC), cu diametru de 40-500 nm, mult mai mari, care încapsulează enzime pentru o varietate de căi metabolice. Se consideră că compartimentarea optimizează performanța acestor reacții specializate [3,4,5]. Cele trei tipuri cele mai bine studiate de BMC includ (i) carboxizomi care împachetează CO2 enzima de fixare ribuloză 1,5-bisfosfat carboxilază / oxigenază (RuBisCO), (ii) utilizarea 1,2-propandiolului (Pdu) BMC care optimizează catabolismul coenzimei B12 dependent de 1,2-propandiol ca substrat de creștere și (iii) ) utilizarea etanolaminei (Eut) BMC responsabilă de degradarea B12-dependentă a etanolaminei, care poate servi ca sursă unică de carbon și azot. Similar cu unele capside virale complexe, cum ar fi cele ale adenovirusurilor [6, 7], tectiviruselor [8] sau virofagelor [9], BMC sunt construite din două proteine ​​de coajă neomologe, care nu au legătură structurală. Homohexamerii proteinei BMC majore, BMC-H, formează capsomeri hexagonali (Fig. 1a), în timp ce pentamerii proteinei BMC minori, BMC-P, formează capsomeri pentagonali (Fig. 2a) [10]. Aceste două proteine ​​BMC corespund, respectiv, proteinelor majore și minore ale capsidei virușilor cu capside icosaedrice [11, 12]. Mai mult, unele BMC conțin proteine ​​BMC-T, derivați dimerici, în care două domenii BMC-H sunt fuzionate într-o singură polipeptidă, astfel încât un ansamblu hexagonal este format din trimerul BMC-T, mai degrabă decât un hexamer al BMC-H [ 13]. Presupusa simetrie icosaedrică a BMC a fost confirmată recent de structura cristalină a unei cochilii intacte din Haliangium ochraceum, arătând că capsomerii hexagonali BMC-H și BMC-T formează fațetele, în timp ce capsomerii pentagonali BMC-P ocupă cele 12 vârfuri ale unui T = 9 icosaedru [14]. Proteinele BMC-H și BMC-P sunt omoloage în toate tipurile cunoscute de BMC [3,4,5, 14]. Cu toate acestea, nu s-a observat până acum nicio similitudine cu orice proteină de capsidă virală cunoscută, iar originea acestor remarcabile structuri celulare rămâne enigmatică.

Comparație structurală a proteinei principale de coajă (BMC-H) a microcompartimentelor bacteriene cu proteinele de semnalizare PII. A. Ansamblu hexameric al BMC-H din Synechocystis sp. PCC 6803. b. Proteine ​​BMC-H din microcompartimente carboxizom, Pdu și Eut. c. Proteinele de semnalizare PII de la bacterii (Herbaspirillum și Mycobacterium), archaea (Metanocaldococ) și plante (Arabidopsis). Toate structurile sunt colorate folosind schema curcubeu de la albastru (capătul N-terminal) la roșu (capătul C-terminal) și indicate cu identificatorii PDB corespunzători

Comparație structurală a proteinei coajă minoră (BMC-P) a microcompartimentelor bacteriene cu domeniul OB-fold al ARC ATPase din Mycobacterium tuberculosis. A. Structuri ale ansamblurilor pentamerice sau hexamere privite din partea de sus. b. Structuri ale ansamblurilor pentamerice sau hexamere privite din lateral. c. Structurile monomerilor. Toate structurile sunt colorate folosind schema curcubeu de la albastru (N-terminal) la roșu (C-terminal) și sunt indicate cu identificatorii PDB corespunzători. Al doilea domeniu OB-fold al ARC ATPase este afișat în gri deschis pentru confort

Pentru a obține informații despre originea potențială a BMC, am efectuat comparații structurale ale proteinelor BMC-H și BMC-P cu structurile proteice disponibile folosind serverul DALI [15]. Așa cum era de așteptat, proteinele corespunzătoare din diferite tipuri de BMC au fost găsite ca fiind cei mai apropiați omologi (Fig. 1b și 2) și niciuna dintre cele două proteine ​​nu a prezentat o asemănare structurală semnificativă cu proteinele cunoscute ale capsidei virale. În plus, totuși, căutările inițiate cu proteinele BMC-H carboxizomale, Pdu sau Eut au dus la potriviri multiple, foarte semnificative, cu familia proteinelor de transducție a semnalului PII (Fig. 1c) care sunt responsabile pentru reglarea metabolismului azotului în arhee, bacterii. și plante [16]. De exemplu, atunci când structura proteinei BMC-H din Halothiobacillus neapolitanus (PDB id: 2G13) a fost folosit ca o interogare, proteine ​​PII din Herbaspirillum seropedicae (ID PDB: 1HWU), Mycobacterium tuberculosis (ID PDB: 3LF0) și Anabaena variabilis (PDB id: 3DFE) au fost regăsite ca cele mai bune hituri (în afară de alte proteine ​​BMC-H) cu scorul Z de 7,9, 7,7 și respectiv 7,7, în ciuda similarității scăzute a secvenței (identitate 11-17% Fișier suplimentar 1). Diferența structurală majoră dintre proteinele PII și BMC-H este absența buclei T care leagă ATP / ADP [17] în aceasta din urmă (Fig. 1). În special, proteinele PII funcționează ca homotrimeri [18], indicând faptul că tendința de a forma oligomeri de ordin superior este comună atât proteinelor BMC-H, cât și proteinelor PII. Având în vedere că proteinele BMC au fost detectate numai în

17% din bacteriile cunoscute și niciuna din arhee [19], în timp ce proteinele PII se numără printre cele mai vechi, omniprezente și versatile componente ale sistemelor de semnalizare din natură [17], se pare cel mai probabil că proteinele BMC-H au evoluat din proteinele asemănătoare PII . Cu toate acestea, nu se poate exclude faptul că cele două familii de proteine ​​celulare s-au îndepărtat de un strămoș comun într-un trecut mai îndepărtat.

Căutările efectuate în baza de date DALI inițiate cu proteinele BMC-P au avut ca rezultat multiple lovituri semnificative la diverse proteine ​​bacteriene cu pliul de legare a oligonucleotidelor / oligozaharidelor (OB) (Fig. 2), un butoi β închis cu cinci catene, unul dintre cele mai vechi și răspândite falduri structurale găsite într-o gamă largă de proteine ​​funcționale diverse [20, 21]. Proteinele BMC-P au arătat cea mai mare similaritate structurală cu factorul de inițiere a traducerii IF-1 (PDB id: scor 4QL5 Z 6.4) și domeniile de recunoaștere a substratului N-terminal ale ATPazelor ARC proteazomale din actinobacterii (PDB id: scor 2WFW Z 6.1). Relația dintre proteinele BMC-P și OB-fold ar putea fi, de asemenea, stabilită utilizând căutări sensibile în profil cu HHpred [22]. De exemplu, o căutare inițiată cu proteina carboxizomală BMC-P (WP_012823797) a dus la mai multe potriviri, ca cele mai bune succese (în afară de alte proteine ​​BMC-P), la profilurile de secvență ale domeniilor de pliere OB din diverse proteine, inclusiv HupF / HypC -proteine ​​similare (profilul SCOPe: d3vyta_), fenilalanil-ARNt sintetaza (profilul SCOPe: d1b70b3) și proteina repetată tetratricopeptidică 5 (numărul de acces TTC5 Pfam: PF16669.4), deși cu probabilități moderat semnificative de 66-76% (fișier suplimentar 1). În schimb, atunci când căutarea a fost inițiată cu secvența domeniului OB fold al TTC5, profilul SCOPe (d2rcfe_) al proteinei carboxizomale BMC-P a fost recuperat cu probabilitatea de 70,5%. Deși BMC-P formează în mod normal ansambluri pentagonale plate (Fig. 2a), proteina BMC-P din Eut BMC a fost cristalizată ca un hexamer pseudohexagonal (PDB id: 2Z9H Fig. 2) [23], deși este un pentamer în soluție [ 24]. În mod remarcabil, domeniul de recunoaștere a substratului ARP ATPases este format din două domenii tandem OB-fold [25, 26], ambele putând fi suprapuse cu BMC-P și formează inele hexamerice asemănătoare cu cele formate de EutN (Fig. 2).

Observațiile de mai sus sugerează cu tărie că ambele proteine ​​BMC, BMC-H și BMC-P, au fost exaptate din proteinele celulare de bună-credință, și anume semnalizarea PII și, respectiv, proteinele care conțin domeniu de pliere OB, pentru a funcționa ca componente structurale ale BMC. . În special, genele care codifică atât proteinele PII, cât și ARP ATPazele care conțin OB, co-apar în unele genomi bacterieni, de ex. Mycobacterium tuberculosis (Fig. 1 și 2), care ar oferi o oportunitate pentru co-evoluția lor și refuncționalizarea concertată. Cazul BMC este un exemplu izbitor de evoluție de novo a particulelor complexe, de tip virus icosaedric din proteine ​​celulare, care este în concordanță cu concluzia noastră anterioară că multe dintre cele mai multe proteine ​​de capsidă virală au fost derivate pe parcursul evoluției din diverse proteine ​​celulare [ 1].


Rezultate si discutii

Din bazele de date și din literatura experimentală am colectat 62 de drojdie și 51 de proteine ​​de șobolan cu o locație sau funcție peroxizomală (Tabelul 1). Deoarece listele noastre includ proteine ​​din diverse analize proteomice la scară largă [9-11], precum și din studii individuale în diferite condiții, le considerăm a fi probe reprezentative de proteomi peroxizomali. Filogeniile (vezi materialele și metodele) proteinelor peroxizomale au fost reconstruite pentru a determina originea lor. Considerăm că o proteină este de origine eucariotă atunci când nu are omologi în procariote sau când ramurile procariote din copac sunt mono-filetice ca în Figura 1a. În ultimul caz, proteina este clasificată ca fiind de „origine antică” în Tabelul 1, chiar dacă s-ar putea argumenta că în cazul PEX1 proteina a rezultat dintr-o duplicare a genei la originea eucariotelor. Deși în cazul PEX1, lungimea relativ scurtă a ramurii CDC48 sugerează că CDC48 este „proteina ancestrală” și derivă PEX1, în general, o astfel de distincție nu este ușor de făcut și în această analiză nu am făcut distincție între genele care sunt, sau nu sunt duplicate la originea eucariotelor. O proteină este considerată de origine bacteriană sau arheică atunci când se grupează „în interiorul” unei ramuri procariote, ceea ce implică transfer orizontal între taxoni (Figura 1b). Cazurile nerezolvate implică existența omologiei secvențelor procariote fără un copac care susține în mod specific o origine bacteriană sau arheică. Pentru familiile cu filogenii rezolvate am observat o dihotomie clară în ceea ce privește originea evolutivă și rolurile funcționale: toate proteinele cu o origine bacteriană specifică au funcții enzimatice, în timp ce majoritatea proteinelor (90%) cu origine eucariotică funcționează în organizarea peroxizomului și în biogeneză. La fel ca în proteinele cu ascendență bacteriană și printre proteinele cu omologi bacterieni pentru care nu putem stabili ascendența bacteriană (cazurile nerezolvate) se poate observa o preponderență clară (85%) a enzimelor (Tabelul 1).

A: Arborele filogenetic cu maximă probabilitate al grupului ortolog CDC48 și al paralogilor acestuia, inclusiv PEX1 și PEX6. Crenarheonul Pyrobaculum aerophilum și euryarchaeon Archaeoglobus fulgidus secvențele se grupează împreună, în concordanță cu o origine eucariotă veche a acestei familii de proteine, mai degrabă decât cu o origine dintr-un transfer orizontal, și sunt utilizate ca grup outgroup. PEX1 / 6, precum și SEC18 și RIX7 par să fi evoluat din CDC48, proteina centrală a căii ERAD B: Arborele filogenetic de maximă probabilitate al grupului ortolog Npy1p și paralogii săi mitocondriale. Această familie de proteine ​​are o singură origine în alfa-proteobacterii. Suport bootstrap peste 100 de replici ale arborelui de maximă probabilitate este afișat în toate partițiile. C: Diagramă circulară care arată distribuția relativă a proteinelor peroxizomale în funcție de originea filogenetică a acestora în drojdie (stânga) și șobolan (dreapta). Proteinele care au omologi procariote, dar pentru care nu se poate construi niciun copac de încredere, de ex. datorită unor întinderi scurte de omologie, sunt considerate „nerezolvate”. Pentru o listă completă a proteinelor și a originilor acestora, a se vedea materialul suplimentar, pentru filogenii lor, a se vedea [44].

Proteine ​​peroxiomale de origine eucariotă și o legătură evolutivă cu E.R

Cea mai mare fracțiune de proteine ​​peroxizomale este de origine eucariotă: 58,1% din proteomul de drojdie, 39,2% din proteomul de șobolan (Figura 1c). Acestea includ așa-numitele proteine ​​Pex, care sunt implicate în biogeneza peroxizomală și întreținere, care sunt prezente în mod constant în toți microcorpii, subliniind rolul lor esențial. Interesant, cinci dintre cele șase proteine ​​Pex cele mai vechi (vezi mai jos) prezintă omologie cu sistemul ERAD (Endoplasmic Reticulum Associated Decay), care extrage proteinele din membrana ER și le ubiquitinilează în pregătirea degradării în proteazom [12] (Figura 2 ). Pex1 și Pex6, casete AAA care conțin proteine, au evoluat din Cdc48 / p97 [13] (Figura 1a), o proteină centrală pe calea ERAD care este, de asemenea, implicată în fuziunea veziculelor Golgi și demontarea corpului fusului după mitoza Pex2 și Pex10, ubiquitin ligază domeniu (domeniu RING) care conține proteine, conține omologie cu ERAD ubiquitin ligaza Hrd1 repetările TPR ale Pex5 sunt omoloage cu repetările SEL1 ale proteinei de interacțiune Hrd1 Hrd3 Pex4 conține un domeniu enzimatic conjugant cu E2 ubiquitin și este omolog cu enzimele de conjugare ERAD ubiquitin Ubc1, Ubc6 și Ubc7. În cazurile PEX2 / 10, PEX5 și PEX4, nivelurile de identitate a secvenței dintre domeniile comune și regiunile scurte ale omologiei exclud reconstrucția filogeniilor fiabile pentru a argumenta că aceste proteine ​​au coborât dintr-o proteină implicată în ERAD, deoarece este carcasa pentru Cdc48 / p97-PEX1 / 6. Aici este numărul de relații omoloage între ERAD și cele mai vechi proteine ​​PEX care indică o relație evolutivă. Deși există unele sisteme cunoscute care utilizează o proteină de repetare TPR împreună cu o proteină care conține o enzimă conjugantă E2 ubiquitină și o proteină cu un domeniu RING, cum ar fi Complexul de promovare a anafazei / Ciclosomul [14], după cunoștințele noastre, nu există alt sistem decât ERAD care utilizează aceste domenii împreună cu o AAA + ATPase. Cu toate acestea, nu putem exclude faptul că PEX1, PEX2 / 10, PEX5 și PEX4 nu provin dintr-un singur sistem molecular precum ERAD, mai ales că repetarea TPR în HRD3 este clasificată într-o clasă diferită de repetări TPR decât repetarea TPR a PEX5 (Figura 2).

ERAD și omologie de import de proteine ​​peroxizomale. A) Reprezentarea schematică a căilor de reciclare ERAD (sus) și Pex5 (jos). Proteinele implicate sunt reprezentate de ovale și dreptunghiuri, sunt numite doar cele comentate în text. Relațiile omoloage între proteinele din căi sunt indicate în culoare. B) Omologie între proteinele căii ERAD și proteinele implicate în importul de proteine ​​în Peroxisom. Organizarea domeniului proteinelor a fost prezisă cu SMART [45]. Independent de aceasta, omologia dintre proteine ​​a fost determinată de căutări de profil la profil folosind hhsearch [46], pe baza alinierilor grupurilor ortoloage ale diferitelor proteine. Rețineți că repetarea SEL1 este omologă cu repetarea TPR. Localizarea celor două domenii N-terminale CDC48 (CDC48_N și CDC48_2) în Pex1 se bazează pe căutări PSI-Blast [47] începând cu proteinele CDC48 și pe structura publicată pentru domeniile N-terminale din PEX1 [48].

Asemănările în secvența de aminoacizi dintre ERAD și cele mai vechi proteine ​​PEX se extind în asemănări în funcție și localizare subcelulară (Figura 2). Pex1 și Pex6 (ambele proteine ​​conținând AAA) sunt necesare pentru a extrage receptorul PTS1 ciclic Pex5 din membrana peroxizomală pentru a facilita un nou ciclu de import de proteine ​​mediate de Pex5 [15]. Ubiquitinilarea Pex5 face parte din acest proces. În ambele cazuri, proteinele ERAD și peroxizomale AAA funcționează în citoplasmă și sunt recrutate la membrană de proteine ​​de ancoră specifice organelor: Cdc48 / p97 la membrana ER de VIMP [16], Pex1 și Pex6 la membrana peroxizomală de Pex15 (în drojdie) și Pex26 (la mamifere) [17]. Această asemănare în proteinele antice cu funcții similare și legătura cu compartimentul universal endomembranar al celulei eucariote sugerează că peroxizomul este o invenție care a avut loc în interiorul liniei eucariote. De asemenea, Erdmann și Schliebs [18] au legat recent omologia dintre domeniile AAA + ale ERAD și PEX1, și prezența domeniilor E2 și E3 implicate în ubiquitinilarea în proteinele PEX, la un mecanism de import de proteine ​​în matricea peroxisomală care ar fi similar la ERAD, fără a propune însă o descendență evolutivă directă a importului Peroxisomal din ERAD.

Pentru celelalte proteine ​​PEX nu am găsit indicii că ar fi fost recrutate și din sistemele celulare preexistente. Distribuția și filogeniile lor sugerează că provin din evenimente separate post-datare a originii celor cinci din cele șase proteine ​​de bază PEX din ERAD.

Am vizualizat retargeting în timpul evoluției proteinelor peroxizomale din diferite locații celulare într-un desen animat (Figura 3). Grupul de proteine ​​de origine eucariotă conține, de asemenea, anumite proteine ​​de uz casnic cu funcții duale sau plurale cu privire la organite. Proteinele Erg1, Erg6, Emp24, Rho1 localizate sau asociate cu ER au fost implicate și în funcțiile peroxizomale [19, 20].

Retargeting-ul proteinelor către peroxizom în timpul evoluției. Liniile punctate indică localizarea celulară ancestrală a unei proteine ​​peroxizomale, linia continuă locația lor actuală (peroxizomală). Unele proteine ​​sunt derivate din strămoșul alfa-proteobacterian al mitocondriilor, proteinele lor au fost redirecționate către peroxizom concomitent cu transferul genelor lor în nucleu (roșu, scenariul I). De asemenea, proteinele fără o ascendență alfa-proteobacteriană (detectabilă) au fost reorientate din mitocondrii (albastru, scenariul II). În cele din urmă, o clasă de proteine ​​au fost reorientate din alte compartimente ale celulei, cum ar fi reticulul endoplasmatic (cian, scenariul III).

Recrutarea în peroxizomul proteinelor de origine alfa-proteobacteriană

În mod remarcabil, a doua cea mai mare fracțiune de proteine, 17-18%, are o origine alfa-proteobacteriană (Figura 1c). Acest lucru este similar cu ceea ce s-a găsit pentru mitocondrii [7, 8] și, la prima vedere, pare să fie în contradicție cu originea eucariotă a peroxizomului. Există indicații puternice că aceste proteine ​​au fost retargetate din mitocondrii (Figura 3, scenariul I), mai degrabă decât au evoluat direct dintr-un endosimbiont independent, o observație care este în concordanță cu gradul ridicat de retargeting observat pentru proteinele derivate din proto- mitocondriile în general [8]. Șase din opt S. cerevisiae proteinele peroxizomale de origine alfa-proteobacteriană sunt strâns legate de proteinele mitocondriale. Tioesteraza (Tes1p) este localizată atât în ​​peroxizom cât și în mitocondriul S. cerevisiae [21]. În alte cazuri, ortologii sau paralogii unei proteine ​​peroxizomale sunt mitocondriale: i), glicerolul peroxizomal-P dehidrogenază Gpd1p are un paralog în drojdie (Gpd2p) cu localizare citoplasmatică și mitocondrială [22] ii) peroxizomal Fat2p este paralog acidul gras mitocondrial cu acizi grași CoA ligases iii), grupul ortolog format din Eci1p, Dci1p și 3,2-transenoil CoA izomeraza este peroxizomal la drojdie și la om, are un paralog mitocondrial la mamifere [23] și iv), nudix fosfataza familia (Npy1p) din care drojdia, ortologii umani și vegetali sunt peroxizomali are un grup paralog în metazoa care este mitocondrial conform studiilor de fuziune GFP la șoarece [24] și la Mitoprot [25] (p = 0,97). Arborele filogenetic (Figura 1b) indică o singură origine din alfa-proteobacteriile atât ale proteinelor mitocondriale, cât și ale proteinelor peroxizomale din această familie. Cele două cazuri rămase de proteine ​​peroxizomale de drojdie de origine alfa-proteobacteriană sunt Fox2p și Pcd1p. Pentru acestea nu s-au găsit omologi cu dovezi experimentale de localizare mitocondrială, deși Pcd1p are un semnal de țintire mitocondrială de bună-credință (P = 0,97 în Mitoprot).

În ceea ce privește peroxizomul șobolanului, există două proteine ​​de descendență alfa-proteobacteriană care nu au ortologi în peroxizomul drojdiei. Unul dintre acestea prezintă cazuri de țintire dublă: unele izoforme ale acidului biliar peroxizomal tioesterază BAAT au fost detectate în mitocondrii și citoplasma în ficatul uman [26].

Recrutarea în peroxizomul proteinelor mitocondriale de alte origini

Există, de asemenea, proteine ​​peroxizomale cu omologi în mitocondrie care nu au o origine alfa-proteobacteriană (detectabilă): Idp3p, Cta1p, Faa1p, Cit2p, Fis1p și Faa2p [21, 27, 28] (Figura 3, Scenariul II). Spre deosebire de proteinele de origine alfa-proteobacteriană, aici nu se poate argumenta pur și simplu că localizarea mitocondrială a precedat-o pe cea peroxizomală. Cel puțin pentru una dintre aceste proteine, Cit2p, o proteină peroxizomală din familia citratului sintază, o analiză filogenetică relevă locația sa ancestrală. Ceilalți doi membri ai acestei familii din S. cerevisiae, Cit1p și Cit3p, sunt mitocondriale și la fel și omologii lor din Homo sapiens, Arabidopsis thaliana și Caenorhabditis elegans. Filogenia acestei familii în ciuperci indică faptul că Cit1p și Cit2p provin dintr-o duplicare genetică recentă, după care Cit2p și-a pierdut semnalul de țintire mitocondrială (Figura 4), indicând faptul că localizarea peroxizomală este secundară. Că reorientarea proteinelor între mitocondrii și peroxizomi se întâmplă frecvent în timpul evoluției este indicat și de cazul alaninei: glioxilat aminotransferază (AGT), a cărui localizare peroxizomală sau mitocondrială este dependentă de specie și este legată de dieta la mamifere [29]. La om, unde AGT este peroxizomal, o singură mutație punctuală localizează greșit proteina către mitocondrie, ducând la boala ereditară a pietrelor la rinichi: hiperoxalurie primară tip 1 (PH1) [30].

Regiunea N-terminală a alinierii secvenței multiple a mai multor membri fungici ai grupului ortolog Cit1 / 2p. Aminoacizii din jurul siturilor de clivaj semnal-peptide, așa cum a prezis Mitoprot, sunt marcați cu un dreptunghi (săgeata albă indică poziția în aliniament) corespund YS (YA în C. tropicalis) care lipsește în Cit2p. Nu se prezice localizare mitocondrială și nici un site de clivaj pentru Cit2p în concordanță cu localizarea sa peroxizomală.

Există proteine ​​peroxizomale de șobolan, cum ar fi dihidroxiacetona fosfat acil transferază (DAPT) și alchil-dihidroxiacetonefosfat sintază (gi-12002203) ale căror arbori filogenetici sugerează o ascendență din actinomicetali în timp ce alanina-glioxilatul aminotransferază (AGTob) apare derivat din Nu avem un scenariu evolutiv evident pentru originea unor astfel de proteine ​​cu ascendență bacteriană, dar nu alfa-proteobacteriană. În orice caz, găsirea proteinelor peroxizomale cu origini atât de diverse subliniază ușurința cu care proteomul peroxizomal poate recruta noi proteine.

Reconstrucția stărilor ancestrale ale proteomei peroxizomale

Pentru a investiga ordinea recrutării proteinelor către peroxizom am reconstituit evoluția proteomei peroxizomale pe baza absenței / prezenței genelor printre genomii secvențați și asumând un scenariu parsimonios (Figura 5). Mai întâi am reconstituit peroxizomul minim al opisthokontului, strămoșul comun al metazoa și ciupercilor, prin includerea proteinelor prezente atât în ​​proteomi peroxizomali de drojdie, cât și în șobolan sau proteine ​​care sunt prezente doar în unul dintre cei doi proteomi, dar ai căror ortologi în plante au un ) localizarea peroxizomală în baza de date Araperox [31]. În plus, am reconstituit conținutul de proteine ​​al strămoșului comun al tuturor peroxizomilor, glicozomilor și glicozomilor cunoscuți din proteine ​​care, pe lângă faptul că sunt prezenți în peroxizomul opisthokont, sunt prezenți în genomii plantelor și kinetoplastida (Trypanosoma brucei și Leishmania major). Acest set de miez cuprinde șase proteine ​​PEX (Pex1p, Pex2p, Pex4p, Pex5p, Pex10p, Pex14p) și patru proteine ​​implicate în metabolismul și transportul acizilor grași (Pxa1p / Pxa2p, Fox2p, Faa2p). Am inclus, de asemenea, proteina catalază peroxizomală (Cta1p), chiar dacă este absentă din majoritatea glicozomilor și genomurilor kinetoplastidiale, deoarece se găsește în glicozomii tripanosomatidului nepatogen. Crithidia [32]. În mod similar, Fox1p, care catalizează primul pas al beta-oxidării cu acizi grași cu lanț lung, a fost inclus în ciuda absenței sale de la kinetoplastida, deoarece pierderea concomitentă din peroxizomii Fox1 (enzima generatoare de H2O2) și catalază (enzima care detoxifică H2O2) a fost observată la specii precum Neurospora crassa [33].

Evoluția proteomei peroxizomale. Căi biochimice reconstituite conform KEGG și adnotări de proteine ​​peroxizomale. Pentru detalii despre reconstrucția stărilor ancestrale, consultați materialul suplimentar. Color code: yellow, eukaryotic origin green, alpha-proteobacterial origin red, actinomycetales origin blue, cyanobacterial origin white, origin unresolved. Note that the ancestral eukaryotic peroxisomal proteome reconstruction depends on the topology of the eukaryotic tree. If an alternative topology is considered, placing kinetoplastida and viridiplantae together [49], and the plant peroxisomal proteome is taken from the Araperox database [31], then the reconstructed ancestral eukaryotic peroxisomal proteome would be much larger, including all proteins present in the opisthokont proteome except for ANT1, IDP3, FOX3, PEX13 and PEX19.

Although the specific functional role of many PEX proteins remains to be established, and it is therewith hard to asses whether e.g. the reconstructed ancestral opisthokont PEX proteins are functionally coherent and complete, at least the sub-set present in the ancestral eukaryotic peroxisome appears functionally coherent. All of the six universal PEX proteins are specifically involved in the PEX5 pathway for the import of proteins into the peroxisome.

The earliest tractable function of peroxisomes appears herewith to be the beta-oxidation of fatty acids. This pathway already contains at least one protein of alpha-proteobacterial descent (Fox2p), indicating that the presence of long-chain fatty acid beta-oxidation in the peroxisome followed the endosymbiosis of mitochondria. The proteins with detectable origin in the ancestral peroxisome that are not involved in beta-oxidation are all of eukaryotic origin. Most of the present-day species variability is found in the enzymes housed in peroxisomes, a significant fraction of which has an alpha-proteobacterial origin and has entered the primitive eukaryote with the mitochondrial ancestor [8]. Note that the recruitment of proteins with an endosymbiotic origin to peroxisomes is not an exceptional event. Nine proteins in the glycosomes of the kinetoplastida T. brucei și Leishmania mexicana are derived from chloroplasts from which they can be traced back to the cyanobacteria [34]. Somehow it seems rather easy to (re)locate proteins to microbodies which may be related to the simplicity of the PTS1 targeting code. This 'grab what you can get' principle may have contributed to the observed versatility and species variability.


Prezentare generală a discuțiilor

Dr. J. Michael Bishop tells us the story of his Nobel Prize-winning discovery of cellular proto-oncogenes. Bishop was studying how the Rous Sarcoma Virus (RSV) causes cancer in chickens by expressing the viral protein called Src. Together with Dr. Harold Varmus, Bishop discovered that the chicken genome normally expresses a homolog of the viral Src protein that they called cellular-Src (c-Src). This finding led them to the remarkable conclusion that RSV had incorporated a mutated oncogene version of the normal chicken c-Src protein, and, provided the first evidence that mutations in our own genes can be linked to cancer development.

Learn more about this and other discoveries at The Explorer’s Guide to Biology (XBio).


Autocatalytic Origami

Most of those elongated polymers merely continue on their way. But a few end up folding, and some even have a hydrophobic patch of their own, just like the original catalyst. When this happens, the folded molecules with landing pads not only continue to form long polymers in greater and greater numbers, but they can also end up constituting what’s called an autocatalytic set, in which foldamers either directly or indirectly catalyze the formation of copies of themselves. Sometimes two or more foldamers can engage in mutual catalysis, by enhancing reactions that form one another. Although such sets are rare, the number of these molecules would grow exponentially and eventually take over the prebiotic soup. “It’s like lighting a match and setting a forest fire,” Dill said.

“That’s the whole magic of it,” he added, “the ability of a small event to leverage itself to much bigger events.”

Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine

And all that’s needed to spark this process are particular sequences of hydrophobic and polar components, which his model can predict. “Dill’s model shows you need only those two properties,” said Peter Schuster, a theoretical chemist and professor emeritus at the University of Vienna. “That’s a beautiful theoretical result.”

“It puts in doubt the vision of the origin of life that is based on the RNA world hypothesis,” said Andrew Pohorille, director of NASA’s Center for Computational Astrobiology and Fundamental Biology. To him and some other scientists, proteins seem like a “more natural starting point” because they are easier to make than nucleic acids. Pohorille posits that the information storage system found in the earliest rudiments of life would have been less advanced than the nucleic acid-based system in modern cells.

“People didn’t like the protein-first hypothesis because we don’t know how to replicate proteins,” he added. “This is an attempt to show that even though you cannot really replicate proteins the same way you can replicate RNA, you can still build and evolve a world without that kind of precise information storage.”

This fertile information-rich environment might then have become more welcoming for the emergence of RNA. Since RNA would have been better at autocatalysis, it would have been favored by natural selection in the long run. “If you begin with a simpler model [like Dill’s], something like RNA could appear later, and it would become a winner in the production game,” said Doron Lancet, a genomics researcher who has worked on his own simple chemistry-based model at the Weizmann Institute of Science in Israel.


Do we find protein not of cellular origin in nature? - Biologie


An Example of the Logic of "Chance" The Complex Structure and Systems in the Cell
The Problem of the Origin of Proteins Left-handed Proteins The Indispensability of the Peptide Link Zero Probability Is There a Trial-and-Error Mechanism in Nature?
The Evolutionary Argument about the Origin of Life Miller's Experiment

The discovery in the 1970s that the gases originally existing in the primitive atmosphere of the earth would have rendered amino acid synthesis impossible was a serious blow to the theory of molecular evolution. Evolutionists then had to face the fact that the "primitive atmosphere experiments" by Stanley Miller, Sydney Fox, Cyril Ponnamperuma and others were invalid. For this reason, in the 1980s the evolutionists tried again. As a result, the "RNA World" hypothesis was advanced. This scenario proposed that, not proteins, but rather the RNA molecules that contained the information for proteins, were formed first.

According to this scenario, advanced by Harvard chemist Walter Gilbert in 1986, inspired by the discovery about "ribozymes" by Thomas Cech, billions of years ago an RNA molecule capable of replicating itself formed somehow by accident. Then this RNA molecule started to produce proteins, having been activated by external influences. Thereafter, it became necessary to store this information in a second molecule, and somehow the DNA molecule emerged to do that.

Made up as it is of a chain of impossibilities in each and every stage, this scarcely credible scenario, far from providing any explanation of the origin of life, only magnified the problem, and raised many unanswerable questions:

1. Since it is impossible to accept the coincidental formation of even one of the nucleotides making up RNA, how can it be possible for these imaginary nucleotides to form RNA by coming together in a particular sequence? Evolutionist John Horgan admits the impossibility of the chance formation of RNA

As researchers continue to examine the RNA-World concept closely, more problems emerge. How did RNA initially arise? RNA and its components are difficult to synthesize in a laboratory under the best of conditions, much less under really plausible ones.274

2. Even if we suppose that it formed by chance, how could this RNA, consisting of just a nucleotide chain, have "decided" to self-replicate, and with what kind of mechanism could it have carried out this self-replicating process? Where did it find the nucleotides it used while self-replicating? Even evolutionist microbiologists Gerald Joyce and Leslie Orgel express the desperate nature of the situtation in their book In the RNA World:

This discussion has, in a sense, focused on a straw man: the myth of a self-replicating RNA molecule that arose de novo from a soup of random polynucleotides. Not only is such a notion unrealistic in light of our current understanding of prebiotic chemistry, but it would strain the credulity of even an optimist's view of RNA's catalytic potential.275

3. Even if we suppose that there was self-replicating RNA in the primordial world, that numerous amino acids of every type ready to be used by RNA were available, and that all of these impossibilities somehow took place, the situation still does not lead to the formation of even one single protein. For RNA only includes information concerning the structure of proteins. Amino acids, on the other hand, are raw materials. Nevertheless, there is no mechanism for the production of proteins. To consider the existence of RNA sufficient for protein production is as nonsensical as expecting a car to assemble itself by simply throwing the blueprint onto a heap of parts piled up on top of each other. A blueprint cannot produce a car all by itself without a factory and workers to assemble the parts according to the instructions contained in the blueprint in the same way, the blueprint contained in RNA cannot produce proteins by itself without the cooperation of other cellular components which follow the instructions contained in the RNA.

Proteins are produced in the ribosome factory with the help of many enzymes, and as a result of extremely complex processes within the cell. The ribosome is a complex cell organelle made up of proteins. This leads, therefore, to another unreasonable supposition-that ribosomes, too, should have come into existence by chance at the same time. Even Nobel Prize winner Jacques Monod, who was one of the most fanatical defenders of evolution-and atheism-explained that protein synthesis can by no means be considered to depend merely on the information in the nucleic acids:

The code is meaningless unless translated. The modern cell's translating machinery consists of at least 50 macromolecular components, which are themselves coded in DNA: the code cannot be translated otherwise than by products of translation themselves. It is the modern expression of omne vivum ex ovo. When and how did this circle become closed? It is exceedingly difficult to imagine.276

How could an RNA chain in the primordial world have taken such a decision, and what methods could it have employed to make protein production happen by doing the work of 50 specialized particles on its own? Evolutionists have no answer to these questions. One article in the preeminent scientific journal Nature makes it clear that the concept of "self-replicating RNA" is a complete product of fantasy, and that actually this kind of RNA has not been produced in any experiment:

DNA replication is so error-prone that it needs the prior existence of protein enzymes to improve the copying fidelity of a gene-size piece of DNA. "Catch-22" say Maynard Smith and Szathmary. So, wheel on RNA with its now recognized properties of carrying both informational and enzymatic activity, leading the authors to state: "In essence, the first RNA molecules did not need a protein polymerase to replicate them they replicated themselves." Is this a fact or a hope? I would have thought it relevant to point out for 'biologists in general' that not one self-replicating RNA has emerged to date from quadrillions (10 24 ) of artificially synthesized, random RNA sequences.277

Dr. Leslie Orgel, one of the associates of Stanley Miller and Francis Crick from the University of California at San Diego, uses the term "scenario" for the possibility of "the origination of life through the RNA World." Orgel described what kind of features this RNA would have had to have and how impossible these would have been in his article "The Origin of Life," published in American științific in October 1994:

This scenario could have occurred, we noted, if prebiotic RNA had two properties not evident today: A capacity to replicate without the help of proteins and an ability to catalyze every step of protein synthesis.278

As should by now be clear, to expect these two complex and extremely essential processes from a molecule such as RNA is againt scientific thought. Concrete scientific facts, on the other hand, makes it explicit that the RNA World hypothesis, which is a new model proposed for the chance formation of life, is an equally implausible fable.

John Horgan, in his book The End of Science, reports that Stanley Miller viewed the theories subsequently put forward regarding the origin of life as quite meaningless (It will be recalled that Miller was the originator of the famous Miller Experiment, which was later revealed to be invalid.):

In fact, almost 40 years after his original experiment, Miller told me that solving the riddle of the origin of life had turned out to be more difficult than he or anyone else had envisioned Miller seemed unimpressed with any of the current proposals on the origin of life, referring to them as "nonsense" or "paper chemistry." He was so contemptuous of some hypotheses that, when I asked his opinion of them, he merely shook his head, sighed deeply, and snickered-as if overcome by the folly of humanity. Stuart Kauffman's theory of autocatalysis fell into this category. "Running equations through a computer does not constitute an experiment," Miller sniffed. Miller acknowledged that scientists may never know precisely where and when life emerged.279

This statement, by a pioneer of the struggle to find an evolutionary explanation for the origin of life, clearly reflects the despair felt by evolutionist scientists over the cul-de-sac they find themselves in.

274 John Horgan, "In the Beginning," American științific, vol. 264, February 1991, p. 119.
275 G. F. Joyce, L. E. Orgel, "Prospects for Understanding the Origin of the RNA World," In the RNA World, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, 1993, p. 13.
276 Jacques Monod, Chance and Necessity, New York, 1971, p. 143. (subliniat)
277 Dover, Gabby L., "Looping the Evolutionary loop, review of the origin of life from the birth of life to the origin of language," Natură, 1999, vol. 399, p. 218. (subliniat)
278 Leslie E. Orgel, "The Origin of Life on the Earth," American științific, October 1994, vol. 271, p. 78.
279 Horgan, John, The End of Science, MA Addison-Wesley, 1996, p. 139.


Dewdrops on a spiderweb reveal the physics behind cell structures

Researchers in the laboratories of Princeton University scientists Joshua Shaevitz, Howard Stone, and Sabine Petry have discovered that surface tension drives the liquid-like protein TPX2 to form globules that nucleate the formation of branching microtubules during cell division. The paper detailing these discoveries appeared in the Jan 28 issue of the journal Fizica naturii. Here, TPX2 (green) beads on microtubules (red) in micrographs, with a one micron scalebar. Credit: Sagar U. Setru, Bernardo Gouveia, Raymundo Alfaro-Aco, Joshua W. Shaevitz, Howard A. Stone and Sabine Petry

As any cook knows, some liquids mix well with each other, but others do not. For example, when a tablespoon of vinegar is poured into water, a brief stir suffices to thoroughly combine the two liquids. However, a tablespoon of oil poured into water will coalesce into droplets that no amount of stirring can dissolve. The physics that governs the mixing of liquids is not limited to mixing bowls it also affects the behavior of things inside cells. It's been known for several years that some proteins behave like liquids, and that some liquid-like proteins don't mix together. However, very little is known about how these liquid-like proteins behave on cellular surfaces.

"The separation between two liquids that won't mix, like oil and water, is known as 'liquid-liquid phase separation', and it's central to the function of many proteins," said Sagar Setru, a 2021 Ph.D. graduate who worked with both Sabine Petry, a professor of molecular biology, and Joshua Shaevitz, a professor of physics and the Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics.

Such proteins do not dissolve inside the cell. Instead, they condense with themselves or with a limited number of other proteins, allowing cells to compartmentalize certain biochemical activities without having to wrap them inside membrane-bound spaces.

"In molecular biology, the study of proteins that form condensed phases with liquid-like properties is a rapidly growing field," said Bernardo Gouveia, a graduate student chemical and biological engineering, working with Howard Stone, the Donald R. Dixon '69 and Elizabeth W. Dixon Professor of Mechanical and Aerospace Engineering, and chair of the department. Setru and Gouveia collaborated as co-first authors on an effort to better understand one such protein.

"We were curious about the behavior of the liquid-like protein TPX2. What makes this protein special is that it does not form liquid droplets in the cytoplasm as had been observed before, but instead seems to undergo phase separation on biological polymers called microtubules," said Setru. "TPX2 is necessary for making branched networks of microtubules, which is crucial for cell division. TPX2 is also overexpressed in some cancers, so understanding its behavior may have medical relevance."

Here, a tabletop experiment shows how a uniform coating of glycerol on a wire transitions into beads. Withdrawing the wire quickly from the vial of glycerol (left) results in a thicker coating and bigger, more widely spaced beads, while withdrawing slowly (right) leads to a thinner coating and smaller, closer beads. Credit: Sagar U. Setru, Bernardo Gouveia, Raymundo Alfaro-Aco, Joshua W. Shaevitz, Howard A. Stone and Sabine Petry

Individual microtubules are linear filaments that are rod-like in shape. During cell division, new microtubules form on the sides of existing ones to create a branched network. The sites where new microtubules will grow are marked by globules of condensed TPX2. These TPX2 globules recruit other proteins that are necessary to generate microtubule growth.

The researchers were curious about how TPX2 globules form on a microtubule. To find out, they decided to try observing the process in action. First, they modified the microtubules and TPX2 so that each would glow with a different fluorescent color. Next, they placed the microtubules on a microscope slide, added TPX2, and then watched to see what would happen. They also made observations at very high spatial resolution using a powerful imaging approach called atomic force microscopy.

"We found that TPX2 first coats the entire microtubule and then breaks up into droplets that are evenly spaced apart, similar to how morning dew coats a spider web and breaks up into droplets," said Gouveia.

Setru, Gouveia and colleagues found that this occurs because of something physicists call the Rayleigh-Plateau instability. Though non-physicists may not recognize the name, they will already be familiar with the phenomenon, which explains why a stream of water falling from a faucet breaks up into droplets, and why a uniform coating of water on a strand of spider web coalesces into separate beads.

"It is surprising to find such everyday physics in the nanoscale world of molecular biology," said Gouveia.

Here, fluorescence microscopy shows TPX2 (green) transitioning from a uniform coating on a microtubule (not shown) into discrete beads. Scale bar 1 micron, timestamp in seconds. Credit: Sagar U. Setru, Bernardo Gouveia, Raymundo Alfaro-Aco, Joshua W. Shaevitz, Howard A. Stone and Sabine Petry

Extending their study, the researchers found that the spacing and size of TPX2 globules on a microtubule is determined by the thickness of the initial TPX2 coating—that is, how much TPX2 is present. This may explain why microtubule branching is altered in cancer cells that overexpress TPX2.

"We used simulations to show that these droplets are a more efficient way to make branches than just having a uniform coating or binding of the protein all along the microtubule," said Setru.

"That the physics of droplet formation, so vividly visible to the naked eye, has a role to play down at the micrometer scales, helps establish the growing interface (no pun intended) between soft matter physics and biology," said Rohit Pappu, the Edwin H. Murty Professor of Engineering at Washington University in St. Louis, who was not involved in the study.

"The underlying theory is likely to be applicable to an assortment of interfaces between liquid-like condensates and cellular surfaces," adds Pappu. "I suspect we will be coming back to this work over and over again."


Do we find protein not of cellular origin in nature? - Biologie

Protein & Cell publishes original research articles, reviews, and commentaries concerning the latest developments in multidisciplinary areas in biology and biomedicine, with an emphasis on protein and cell research.

Subject areas include biochemistry/biophysics, cell biology, developmental biology, genetics, immunology, microbiology, molecular biology, neuroscience, oncology, protein science, structural biology and translational medicine. In addition, Protein & Cell addresses research highlights, news and views, and commentaries covering research policies and funding trends in China, and provides a forum to foster academic exchange among researchers across different fields of the life sciences.

Protein & Celulă is a peer-reviewed open access journal published monthly. The open access fees (article-processing charges) for this journal are kindly sponsored by Higher Education Press, Beijing Institutes of Life Science, Chinese Academy of Sciences and Biophysical Society of China. Authors can publish in the journal without any additional charges.

Why publish with us

  • We provide a forum to foster academic exchange among researchers across different fields of the life sciences.
  • We publish research highlights, news, views, and commentaries covering the latest developments in multidisciplinary areas in biology and biomedicine, emphasizing protein and cell research.
  • Open access publication ensures that your article can be easily discovered, accessed, used, and shared, maximising your impact and acting as a springboard for further discovery.
  • We provide high levels of author satisfaction, cu 94% of our published authors reporting that they would definitely or probably publish with us again.

Biology project topics

It is not difficult at all to prepare a biology project if you really like the topic. Choose an issue you are interested in from the list below, and research activities will turn into an exciting adventure:

  • How pests influence urban green spaces
  • Phytoncides impact on food products
  • Effect of various conditions on yeast growth and reproduction
  • Impact of electric current on plant cells
  • Identifying the most favorable factors to preserve milk freshness
  • Suburban area as an ecosystem
  • Photosynthesis intensity dependence on external conditions
  • Determining water quality by biotesting
  • Growing houseplant Chlorophytum in different soils
  • Measuring carbon dioxide content in a classroom and determining optimal conditions for ventilation
  • Studying the influence of electric and magnetic fields on growth and development of flowering plants
  • Influence of noise and music on a person&rsquos memory and attention

We hope that the material above will be useful for your further academic activities, and now it is much easier for you to write a top-notch paper than ever before. If you need advice on research paper writing, feel free to contact our professional paper writers.


Priveste filmarea: MISTERUL ARTEFACTULUI DIN AIUD NU POATE FI DESCIFRAT! CELE MAI UIMITOARE DESCOERIRI (Ianuarie 2022).