Funktionale Engpässe können aus nicht-epistatischen zugrunde liegenden Merkmalen entstehen

Protein-Fitness-Landschaften weisen häufig Epistasie auf, bei der die Wirkung einer Mutation vom genetischen Kontext abhängt, in dem sie auftritt, d.h. dem Rest der Proteinsequenz. Epistasie erhöht die Komplexität der Landschaft und führt oft zu mehreren Fitness-Spitzen. In ihrer einfachsten Form, bekannt als globale Epistasie, wird Fitness als nicht-lineare Funktion eines zugrunde liegenden additiven Merkmals modelliert. Im Gegensatz dazu entsteht komplexere Epistasie aus einem Netzwerk von (paarweisen oder vielen Körper-) Interaktionen zwischen Residuen, die nicht durch eine einzelne nicht-lineare Transformation entfernt werden können. Neuere Studien haben untersucht, wie globale und Netzwerk-Epistasie zur Entstehung funktionaler Engpässe beiträgt - Fitness-Landschaftstopologien, bei denen zwei breite Hoch-Fitness-Becken, die verschiedene Phänotypen repräsentieren, durch einen Engpass getrennt sind, der nur über einen oder wenige mutationalen Wege überschritten werden kann. Hier stellen wir ein stilisiertes Modell globaler Epistasie mit einem additiven zugrunde liegenden Merkmal vor und analysieren es. Wir zeigen, dass funktionale Engpässe mit hoher Wahrscheinlichkeit entstehen, wenn das Modell angemessen kalibriert ist. Darüber hinaus unterstreichen unsere Ergebnisse, dass ein angemessenes Gleichgewicht zwischen neutralen und nicht-neutralen Mutationen erforderlich ist, um die Entstehung funktionaler Engpässe zu ermöglichen.