Ett jästprotein som utvecklats från grunden kan vikas till en tredimensionell form - i motsats till den allmänna förståelsen för unga proteiner - enligt ny forskning ledd av University of Arizona.

Forskare trodde att sådana nyutvecklade proteiner var pågående arbeten som inte kunde vikas till komplexa former på det sätt som äldre proteiner gör.

"Denna nya studie från vårt laboratorium ger det allra första beviset på att ett protein som nyligen utvecklats från grunden faktiskt kan vikas till en kompakt tredimensionell form, " sa seniorförfattaren Matthew Cordes, en UA docent i kemi och biokemi.

"Det vi har upptäckt ser inte ut som en fullständigt utvecklad biologisk molekyl. Det ser ut som hur man skulle tro att ett nyfödd protein skulle se ut - kanske lite klumpig eller disigt bildat, sade Cordes, en medlem av UA:s BIO5 Institute. "Men ändå, detta protein viker sig till en tredimensionell struktur och på många sätt ser det ut som proteiner som utvecklats för länge sedan.

"Det är häpnadsväckande när jag tittar på det. Jag känner verkligen att jag ser något kläckas ut."

Nya bevis tyder på att nya gener kan uppstå från de icke-kodande sektionerna, eller "skräp, "DNA och att de nya generna kan koda för helt nya proteiner. Gener kodar för proteiner, de molekyler som fungerar inuti celler.

Medförfattaren Joanna Masel sa, "Alla gener är inte gamla och de som inte är gamla studeras inte mycket."

Cordes är den första personen som tittar på strukturen av proteinet som är ett resultat av en gen som nyligen uppstod från skräp-DNA, sa Masel, en UA-professor i ekologi och evolutionsbiologi och medlem av BIO5-institutet.

Eftersom att ändra en befintlig gen verkade lättare än att uppfinna en helt ny, forskare hade trott att nya gener uppstod genom att modifiera dubbletter av befintliga gener.

"Berättelsen är att evolutionen inte bara är en mixer som omarbetar vad den har - ibland uppfinner evolutionen en helt ny funktion, strukturerad molekyl, sa Cordes.

Teamets forskningsrapport, "Vikbarhet av ett naturligt De Novo Evolved Protein, " finns online i journalen Strukturera och beräknas publiceras i november. Cordes och Masels medförfattare är Dixie Bungard, Jacob Copple, Jimmy Chhun, Vlad Kumirov och Scott Foy från UA och Jing Yan och Vicki Wysocki från Ohio State University i Columbus.

National Institutes of Health beviljar GM104040, GM113658, ES06694, CA023074 och 1S10 RR028868-01 och ett anslag från John Templeton Foundation finansierade forskningen.

Forskare har vetat i mer än ett decennium att vissa gener verkar uppstå helt nya, eller de novo, från skräp-DNA.

Dock, lite är känt om vilka proteiner sådana gener kodar för, sa Cordes, som studerar utvecklingen av proteinstruktur och funktion.

"Mitt mål är att se hur dessa proteiner ser ut, " han sa.

Cordes och hans kollegor studerade ett protein som en laboratoriestam av bagerijäst gör med hjälp av en de novo-gen. Genen BSC4 och dess resulterande protein Bsc4 verkar hjälpa till med DNA-reparation.

Det första steget i att studera ett protein är att göra mycket av det. Cordes-teamet använde en standardmetod:De satte in BSC4-genen i E. coli-bakterier och lät bakterierna fungera som en proteinfabrik. Vissa läkemedelsföretag använder samma metod för att göra insulin för personer med diabetes.

Nästa steg är att rena proteinet, vilket för Bsc4 aldrig hade gjorts tidigare, sa Cordes.

"Det har varit en verklig brist på människor som renar produkterna från dessa de novo gener och undersöker dem. Det är luckan vi försöker fylla, " han sa.

Vanligtvis, forskare kristalliserar sedan proteinet och gör en detaljerad beskrivning av proteinets struktur med hjälp av högupplösta avbildningstekniker.

Dock, babyproteinet var inte lätt att arbeta med, sa Cordes. Teamet kunde inte kristallisera det.

Teamet bestämde allmän information om proteinets form och struktur. BSC4-genen kodar för en liten kedja av aminosyror, eller polypeptidkedja.

I det resulterande proteinet, Bsc4, flera av dessa kedjor går samman. Proteinet kan existera som två eller tre kedjor, men också som grupper av många kedjor. Att ha så olika storlekar är inte typiskt, sa Cordes.

"De flesta naturliga proteiner finns i en viss storlek, " sa han. "Den här kan vara i grupper om fyra, fem, sex, sju - det är en anledning till att du kan kalla strukturen flummig eller rudimentär."

Proteinet uppvisar andra egenskaper hos normala proteiner, inklusive vikning till standardformer som alfaspiraler och beta-veckade ark. Dessutom, proteinet kommer att utvecklas, eller denaturera, under vissa förhållanden och kan sedan lockas tillbaka till sitt återvikta tillstånd. Den fasta vita delen av ett kokt ägg är denaturerat äggviteprotein.

"Under många år, folk trodde att proteiner måste ha dessa eleganta origamiliknande strukturer för att fungera men det har blivit tydligt att de kan ha störningar, de kan ha smälta egenskaper och fortfarande göra saker i en organism, " han sa.

Cordes karakteriserade Bsc4 som "globular" och de flesta naturliga globulära proteiner har bara en standardform. Han kallar proteinet "smält klotformigt" eftersom det kan skifta mellan olika former.

"Proteinet tros vara involverat i DNA-reparation och kan vara involverat i att binda DNA. Det kan vara så att dess nuvarande struktur är helt bra på vad det behöver göra, " han sa.

"Att inte ha dykt upp som detta härliga konstverk gör det mer trovärdigt att dessa proteinkodande gener dyker upp ur den genetiska regionen mellan gener, " sa Cordes. "Jag vill veta var saker kommer ifrån i livet - hur livet skapar nyhet, hur evolution skapar nyhet."