盡管包含這些序列的蛋白質(zhì)有許多不同的功能，但麻省理工學(xué)院的生物學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)想出了一種方法，將它們作為一個統(tǒng)一的群體進行識別和分析。他們的技術(shù)使他們能夠檢查來自不同物種的LCRs之間的相似性和差異，并幫助他們解決這些序列的功能和它們所處的蛋白質(zhì)。

(相關(guān)資料圖)

利用他們的技術(shù)，科學(xué)家們分析了在八個不同物種中發(fā)現(xiàn)的所有蛋白質(zhì)，從細菌到人類。他們發(fā)現(xiàn)，雖然LCRs在不同的蛋白質(zhì)和物種之間可能有所不同，但它們往往有一個類似的作用--幫助發(fā)現(xiàn)它們的蛋白質(zhì)加入一個更大規(guī)模的組件，如核仁，一個在幾乎所有人類細胞中發(fā)現(xiàn)的細胞器。

麻省理工學(xué)院的一名研究生Byron Lee說："我們沒有研究特定的LCR和它們的功能，因為它們參與了不同的過程，所以看起來是分開的，而我們更廣泛的方法使我們能夠看到它們的特性之間的相似性，這表明也許LCR的功能畢竟不是那么懸殊的。"

研究小組還發(fā)現(xiàn)了不同物種的LCRs之間的差異。他們表明，這些特定物種的LCR序列對應(yīng)于特定物種的功能，如形成植物細胞壁。

Lee和研究生Nima Jaberi-Lashkari是這項研究的主要作者，該研究最近發(fā)表在《eLife》雜志上。麻省理工學(xué)院生物學(xué)助理教授Eliezer Calo是該論文的資深作者。

通過計算分析，研究人員發(fā)現(xiàn)許多重復(fù)序列在整個蛋白質(zhì)中是共享的，并且在從細菌到人類的物種中是相似的。資料來源：研究人員提供

大規(guī)模的研究

先前的研究顯示，LCRs參與了多種細胞過程，包括細胞粘附和DNA結(jié)合。這些LCRs通常富含一個氨基酸，如丙氨酸、賴氨酸或谷氨酸。

找到這些序列，然后單獨研究它們的功能是一個耗時的過程，因此科學(xué)家們決定使用生物信息學(xué)--一種使用計算方法來分析大量生物數(shù)據(jù)集的方法--將它們作為一個更大的群體來評估。

生物信息學(xué)是一門相對較新的科學(xué)分支學(xué)科，它將生物學(xué)和計算機科學(xué)的元素結(jié)合在一起，目的是開發(fā)高效和強大的方法來分析和解釋大量的生物數(shù)據(jù)，如DNA、RNA和氨基酸序列或關(guān)于這些序列的注釋。

Jaberi-Lashkari說："我們想做的是退一步，不看單個的LCR，而是試著看一下所有的LCR，看看我們是否能在更大的范圍內(nèi)觀察到一些模式，這可能有助于我們弄清楚那些被分配了功能的LCR在做什么，也有助于我們了解那些沒有被分配功能的LCR在做什么。"

為了做到這一點，麻省理工學(xué)院的團隊使用了一種叫做點陣圖的技術(shù)（見頁面頂部的圖片），這是一種直觀地表示氨基酸序列的方法，以生成研究中的每個蛋白質(zhì)的圖像。接下來，他們使用計算圖像處理方法來同時比較數(shù)以千計的這些矩陣。

利用這種技術(shù)，研究人員能夠根據(jù)哪些氨基酸在LCR中最頻繁地重復(fù)而對LCR進行分類。他們還根據(jù)蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的每種LCR類型的拷貝數(shù)對含有LCR的蛋白質(zhì)進行分組。分析這些特征有助于研究人員更多地了解這些LCRs的功能。

作為一個示范，研究小組挑出了一個人類蛋白質(zhì)，稱為RPA43，它有三個富含賴氨酸的LCR。這種蛋白質(zhì)是構(gòu)成一種叫做RNA聚合酶1的酶的許多亞單位之一，該酶合成核糖體RNA。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，富含賴氨酸的LCR的拷貝數(shù)對于幫助該蛋白整合到核小體（負責(zé)合成核糖體的細胞器）非常重要。

生物學(xué)集合體

在對八個不同物種中發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)進行比較時，研究人員發(fā)現(xiàn)一些LCR類型在物種之間高度保守，這意味著這些序列在進化的時間尺度上變化很小。這些序列往往在蛋白質(zhì)和細胞結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)，這些結(jié)構(gòu)也是高度保守的，如核仁。

Lee說："這些序列似乎對核仁的某些部分的組裝很重要。一些已知的對高階組裝很重要的原則似乎在起作用，因為拷貝數(shù)，可能控制一個蛋白質(zhì)可以進行多少次相互作用，對蛋白質(zhì)整合到該區(qū)間很重要。"

麻省理工學(xué)院的團隊還發(fā)現(xiàn)了在兩種不同類型的參與核小體組裝的蛋白質(zhì)中看到的LCR之間的差異。他們發(fā)現(xiàn)，一種被稱為TCOF的核仁蛋白含有許多富含谷氨酸的LCR，可以幫助形成組裝的支架，而只有少數(shù)這種富含谷氨酸的LCR的核仁蛋白可以被招募為客戶（與支架互動的蛋白質(zhì)）。

另一個似乎有許多保守的LCR的結(jié)構(gòu)是核斑點，它在細胞核內(nèi)發(fā)現(xiàn)。研究人員還發(fā)現(xiàn)參與形成更大規(guī)模集合體的LCR之間有許多相似之處，如細胞外基質(zhì)，一個為植物和動物的細胞提供結(jié)構(gòu)支持的分子網(wǎng)絡(luò)。

研究小組還發(fā)現(xiàn)了具有LCR的結(jié)構(gòu)的例子，這些結(jié)構(gòu)似乎在物種之間發(fā)生了分歧。例如，植物有獨特的LCR序列，它們用這些蛋白質(zhì)來支撐它們的細胞壁，而這些LCR在其他類型的生物體中是看不到的。

現(xiàn)在研究人員計劃將他們的LCR分析擴展到其他物種。

Lee說："有很多東西需要探索，因為我們可以把這個地圖擴展到基本上任何物種。這使我們有機會和框架來確定新的生物組合。"