Domänenlöschungen und -substitutionen in der modularen Proteinentwicklung

Die Hauptmechanismen, die die modulare Evolution von Proteinen formen, sind Genverdopplung, Fusion und Spaltung, Rekombination und Verlust von Fragmenten. Während ein großer Teil der Forschung sich auf Verdopplungen und Fusionsvorgänge konzentriert hat, haben wir in dieser Studie untersucht, wie Domänen verloren gehen. Wir haben Motivdatenbanken erforscht und ein Maß für die Proteinähnlichkeit eingeführt, das auf Domänenanordnungen basiert. Proteine werden als Strings von Domänen dargestellt, und der Vergleich basierte auf dem klassischen dynamischen Ausrichtungsverfahren. Wir fanden heraus, dass Domänenverluste und Verdopplungen am häufigsten an den Enden von Proteinen vorkommen. Wir zeigten, dass Verluste durch die Einführung von Start- und Stoppkodons erklärt werden können, die die terminalen Domänen nicht funktionsfähig machen, sodass eine weitere Verkürzung, bis die gesamte Domäne verloren ist, evolutionär nicht selektiert wird. Wir demonstrierten, dass Domänen, die auch als Einzeldomänenproteine vorkommen, weniger wahrscheinlich am N-Terminus und in der Mitte verloren gehen als am C-Terminus. Wir ziehen den Schluss, dass Spaltungs-/Fusionsereignisse mit Einzeldomänenproteinen hauptsächlich am C-Terminus stattfinden. Wir fanden, dass Domänensubstitutionen selten sind, insbesondere in der Mitte von Proteinen. Wir zeigten auch, dass viele Fälle von Substitutionen oder Verlusten aus fehlerhaften Annotationen resultieren, konnten aber auch evolutionäre Ereignisse finden, bei denen Domänen im Laufe der Zeit verschwinden. Dies wird durch eine Fallstudie zu den bakteriellen Formiatdehydrogenasen erklärt.