꽃을 만드는 데 필요한 예기치 않은 단백질 상호 작용 Ars Technica

초과 근무 찬반 양론 전일제 근무 외에 추가 업무를 맡는 것에 대해 뜨거운 논쟁이 벌어지고 있습니다. 그러나 생물학에서는 개별 단백질이 종종 여러 기능을 수행하기 때문에 초과 근무가 드문 일이 아닙니다. 수년 동안 과학자들은 특이한 꽃 기관(UFO) 단백질이 약간의 추가 조명을 하는 것으로 보인다는 것을 알고 있었습니다.

단백질의 구조에 기초하여, 식물에서의 역할은 파괴를 위해 단백질을 목표로 하는 것으로 생각됩니다. 그러나 잎 단백질(LFY)과도 작용하여 꽃 형성을 돕습니다. 프랑스의 과학자 팀은 이제 이 단백질이 두 가지 역할을 수행하는 방법에 대해 밝혔습니다.

꽃과 UFO

꽃 형성에 관해서는 엽면 단백질(LFY)이 실제 요인입니다. 꽃은 꽃받침, 꽃잎, 수술, 심피라고 불리는 부분으로 만들어지며 윤생으로 배열됩니다. 단독으로 또는 다른 단백질과 함께 작용하는 LFY 단백질은 이러한 각 부분의 형성에 필요한 유전자를 활성화하는 역할을 합니다. LFY는 UFO와 결합하여 꽃잎과 수술을 형성합니다.

에 따르면 공부하다 수석 저자인 CNRS와 그르노블 알프스 대학의 François Barcy는 UFO-LFY의 메커니즘을 파악하는 데 25년 이상이 걸린 이유는 “UFO 단백질의 잘못된 특성” 때문이라고 말했습니다.

이물질은 다른 단백질의 수준을 조절하는 F-박스 도메인이라고 하는 아미노산 패턴을 특징으로 하는 약 700개의 단백질 그룹에 속합니다. Barsi는 “이물질은 분해를 위해 선택된 단백질에 화학적 태그를 붙입니다. 일단 단백질에 태그가 지정되면, [some] 세포 기계라고 불리는 [a] 프로테아좀은 태그를 인식하고 단백질을 수백 개의 조각으로 자릅니다.”

따라서 UFO는 LFY for Destruction의 약자이기도 합니다. 일반적으로 LFY 단백질도 분해해야 합니다. 그러나 LFY의 경우 이물질이 LFY 단독으로는 접근할 수 없는 DNA 영역에 결합하는 완전히 다른 기능을 가지고 있음을 발견했습니다.

LFY와 UFO가 만나면 꽃잎과 수술을 형성하는 데 필요한 유전자 근처에 DNA를 붙입니다.

Barsi와 그의 팀은 곤충 세포에서 이물질 단백질을 대량 생산하는 것으로 4년 전에 연구를 시작했습니다. “이물질은 인위적으로 생산하기 가장 어려운 단백질 중 하나이기 때문에 매우 어려웠습니다.”라고 Barsi는 말했습니다.

꽃이 있는 곳마다

이물질이 LFY와 함께 작동하기 위해 다른 단백질을 파괴할 필요가 없다는 것이 밝혀졌습니다. 그런 다음 파트너 단백질의 분해를 담당하는 F-box 도메인을 제거하여 수정했습니다. 놀랍게도 우리는 단백질이 추정되는 주요 기능이 제거되었지만 여전히 LFY 단백질과 잘 작동한다는 것을 발견했습니다.”라고 Barsi는 말했습니다. 실험은 UFO 단백질이 파괴를 위해 단백질을 표적으로 삼는 것 외에 다른 기능을 거의 수행하지 않는다는 것을 밝혔습니다.

이 추가 기능은 Levy가 붙잡고 있는 DNA 서열을 변경하는 것과 관련된 것으로 보입니다. 연구원들은 전자 현미경을 사용하여 LFY와 UFO 사이의 상호 작용과 그들이 결합하는 DNA 영역의 3D 구조를 얻었습니다. Parcy에 따르면 UFO와 LFY가 함께 작동하면 꽃잎과 수술 형성을 담당하는 DNA 영역에 달라붙을 수 있습니다. 이 단백질 중 어느 것도 스스로 이 DNA에 달라붙지 못합니다.

“이는 각 단백질이 DNA 영역에 약하게 접촉할 수 있는 능력이 있지만, 결합되면 강도가 더해져 새로운 DNA 주형과의 상호작용을 촉발한다는 것을 의미합니다.”라고 그는 말했습니다.

LFY-UFO 협회는 모든 꽃 피는 식물에 존재합니다. 또한 벼에서는 LFY와 UFO라는 두 단백질이 서로 달라붙어 DNA의 새로운 영역에 결합할 수 있도록 하여 식물에서 낟알을 품고 있는 부분인 원추체를 발달시킵니다.

여기서 뭐해?

Parcy에 따르면, 우리는 현재 왜 UFO 단백질이 LFY와의 상호 작용에 아무런 역할도 하지 않는 F-box 도메인을 계속 소유하는지 알 수 없습니다.

“만약 이 영역이 완전히 쓸모없었다면 진화는 그것을 제거했을 것입니다. 그것이 여전히 존재한다는 사실은 그것이 발견되어야 할 역할이 남아 있다는 것을 의미합니다. 아마도 UFO는 다른 단백질을 분해하는 역할을 할 것입니다. 우리는 모릅니다. 그러나 우리가 확실히 말할 수 있는 것은 이 기능은 꽃잎과 수술을 만드는 데 필요하지 않다는 것입니다.”

그러나 꽃을 둘러싼 수수께끼는 이뿐만이 아닙니다. 큰 미스터리 중 하나는 특히 LFY와 UFO 사이의 연관성이 첫 번째 꽃보다 선행하는 것으로 보인다는 점에서 꽃의 기원을 야기한 원인입니다. 우리의 연구는 이러한 공유 메커니즘이 양치류뿐만 아니라 침엽수와 같은 겉씨식물에도 이미 존재한다는 것을 나타냅니다. Barsi는 “꽃이 없었을 때 그녀는 다른 역할을 했을 것”이라고 말했습니다.

왜 꽃이 1억 3천만년 이상 전에 생겨났는지에 대한 가설이 있지만 그 답은 아직 파악하기 어렵습니다.

UFO는 추가 작업을 수행하는 유일한 단백질이 아닙니다. 버밍엄 대학의 식물 과학 교수인 Christine Foer에 따르면 많은 단백질이 처음 설명된 기능 외에도 중요한 기능을 수행합니다.

연구에 참여하지 않은 Foyer가 말했습니다.

자연의 식물, 2023. DOI: 10.1038 / s41477-022-01336-2