所有生物学家都知道，不起眼的结构有时可以带来巨大的影响。比如，在我们的细胞和组织中东奔西跑的数以百万计的信号分子、激素和其他生物分子，在许多关键过程中都发挥着主导作用。

尽管生物学家和医学家将这些知识熟记于心，但长期以来，他们却忽视了一类特殊的蛋白质。因为这些蛋白质非常小，而且只在灵长类动物中被发现了，所以科学家认为这些蛋白质是无足轻重，不具备任何功能的。

但几年前的一些发现颠覆了这种观点。科学家发现，人体器官中存在成千上万种新型微蛋白。

近日，在发表在《分子细胞》上的一篇新论文中，一组国际研究团队描述了他们如何系统地研究这些微蛋白，以及从中了解到的情况，比如这些蛋白质在哪些基因组序列中被编码，在它们进化过程中何时发生DNA突变。他们怀疑，与长期以来的假设相反，这些微蛋白在各种细胞功能中发挥着关键作用。

迄今为止最小的蛋白质  

生物信息学基因分析显示，大多数人类微蛋白在进化过程中的发展，比目前科学家所知道的大型蛋白质晚了数百万年。由于相对快速的“创新和适应”，这些年轻的蛋白质也可能在很大程度上参与了进化的发展，进化过程本身也有可能比以前认为的更加动态。

与我们基因组中编码的已知古老蛋白质不同，大多数微蛋白在某种程度上可以说是“凭空出现”的。换句话说，它们是从先前不负责生产蛋白质的DNA区域中出现的。

微蛋白没有采取更简单的“常规”路径从现有版本中复制和衍生。而且，这些小型蛋白质仅仅在人类进化过程中出现，在其他大多数动物的细胞中都没有。但在小鼠、鱼类和鸟类这些动物身上，科学家已经发现了属于它们自己的年轻的小型蛋白质集合。

线粒体（绿色）和细胞核（蓝色）中的微蛋白在人类细胞中被过度表达。黄色和粉色的区域显示，微蛋白的信号与线粒体和核的信号重叠。

（图／Clara-Louisa Sandmann, Max Delbrück Center）

然而，这种巨大的年龄差距似乎并不妨碍这些蛋白质之间的“对话”。研究人员使用马克斯·德尔布吕克中心在2017年开发的生物技术筛选方法，惊讶地发现，年轻得多的微蛋白实际上可以与古老得多的蛋白质相互作用。

团队在一张膜上合成了微蛋白，然后用含有人类细胞中已知的大多数蛋白质的溶液进行“孵化”。复杂的实验和计算机辅助分析，让研究人员能够确定单个结合对。

如果一种微蛋白与另一种蛋白结合，并不一定意味着它会影响另一种蛋白的工作，或是影响这种蛋白质所参与的某些过程。但结合的能力确实表明，这些蛋白质可能会影响彼此的功能。实验证实了这一假设，这让研究人员有理由认为，微蛋白可能会影响比它们早几百万年的细胞过程，因为一些古老的蛋白质在最早期的生命形式中就存在。

与此同时，研究人员还留意到了迄今为止发现的最小的人类蛋白质。他们确认了200多种超小型蛋白质，每种都不到16个氨基酸，或者可以理解成不足16个“单位”。作为对比，通常情况下，蛋白质都由几百个氨基酸构成。

这就提出了一个问题——一种蛋白质最小能多小？又或者说，蛋白质必须有多大才能发挥作用？

一些已知的小型蛋白质被称为肽，具有作为激素或者信号分子的功能。它们是从较大的前体蛋白质中分离而来的。而现在的研究表明，相似大小的肽也能以截然不同的方式发展而来。

这些最小的蛋白质同样可以非常明确地专门与更大的蛋白质结合。但目前我们仍不清楚它们能否成为激素或者类似的东西。

 微蛋白的作用  

科学家表示，显而易见的是，微蛋白太重要了，人们不能一直忽视它们。

研究人员也还不知道这些微蛋白在我们的身体中的主要作用。但这项研究确实提供了一种关于这些分子能力的暗示。一种可以想见的情况是，这些微蛋白可能参与了心血管疾病和癌症过程，因此可以作为诊断和治疗的新目标。

他们的研究已经调查了281种微蛋白，但未来的目标是扩大实验范围，包括最近编录的7000种微蛋白中的更多种类，揭示许多尚未发现的功能。

创作团队：

撰文：Måka

排版：雯雯

参考来源：

https://www.mdc-berlin.de/news/press/evolution-miniproteins-appeared-nowhere

图片来源：

封面图&首图：Clara-Louisa Sandmann, Max Delbrück Center

来源：原理 2023-02-27

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