Secretory quality control constrains functional selection-associated protein structure innovation.
Secretory quality control constrains functional selection-associated protein structure innovation.
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分泌质量控制限制了功能选择相关的蛋白质结构创新
DOI：
10.1038/s42003-022-03220-3
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发表时间：
2022-03-25
影响因子：
5.9
通讯作者：
Wu Y
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cheng B;Lv JM;Liang YL;Zhu L;Huang XP;Li HY;Potempa LA;Ji SR;Wu Y
生物物理模型表明，在塑造蛋白质进化过程中，结构限制比功能限制起更主要的作用。对结构限制的选择与蛋白质的表达水平密切相关，而表达水平与结构相关的活性共同决定了蛋白质的体内功能。在此我们表明，尽管不同物种中C - 反应蛋白（CRP）的水平存在高达两个数量级的差异，但CRP的体内功能却矛盾地保持保守。这种明显的水平 - 功能不匹配无法用与保守的天然结构相关的活性来解释，而是与未折叠的激活构象相关的隐藏活性有关。这不是对诸如可折叠性和稳定性等结构限制进行选择的结果，而是通过折叠决定因素介导的功能选择实现的，这种选择使一种受限的载体结构能够通过对分泌的严格真核生物质量控制。进一步的分析提出了一个折叠阈值模型，该模型可能部分解释了蛋白质巨大的序列空间和有限的结构空间之间的不匹配。
不同物种中C - 反应蛋白（CRP）保守的结构但不同的表达水平之间的不匹配通过对未折叠的CRP的隐藏活性进行功能选择而得到调和。
Biophysical models suggest a dominant role of structural over functional constraints in shaping protein evolution. Selection on structural constraints is linked closely to expression levels of proteins, which together with structure-associated activities determine in vivo functions of proteins. Here we show that despite the up to two orders of magnitude differences in levels of C-reactive protein (CRP) in distinct species, the in vivo functions of CRP are paradoxically conserved. Such a pronounced level-function mismatch cannot be explained by activities associated with the conserved native structure, but is coupled to hidden activities associated with the unfolded, activated conformation. This is not the result of selection on structural constraints like foldability and stability, but is achieved by folding determinants-mediated functional selection that keeps a confined carrier structure to pass the stringent eukaryotic quality control on secretion. Further analysis suggests a folding threshold model which may partly explain the mismatch between the vast sequence space and the limited structure space of proteins. The mismatch in the conserved structure but different expression levels of C-reactive protein (CRP) in distinct species is reconciled by functional selection on hidden activities of unfolded CRPs.
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