眼晶状体γ-结晶蛋白高半胱氨酸含量的功能意义

白内障疾病与晶状体极长寿命的结晶蛋白逐渐积累的氧化损伤密切相关。半胱氨酸的氧化对结晶蛋白的折叠、相互作用和光散射聚集的影响尤其显著，因为它形成了二硫键。减少结晶蛋白聚集对于终身保持晶状体的透明度至关重要，因此人们可能会认为普遍存在的晶状体结晶蛋白超家族（α和βγ）含有很少的半胱氨酸。然而，γ-结晶蛋白的半胱氨酸含量远高于人类蛋白质的平均水平。我们回顾与这一长期难题相关的文献，并利用不断扩展的基因组数据库和改进的机器学习工具进行蛋白质结构预测，进一步调查这一问题。我们观察到在βγ-结晶蛋白超家族中，半胱氨酸的保守性显著较低；然而，在γ-结晶蛋白中，半胱氨酸残基的空间定位显然是由进化精细调节的。我们提出，长期维持晶状体透明度和高晶状体光学能力的要求对晶状体βγ-结晶蛋白施加了相互竞争的进化压力，导致了明显的适应：γ-结晶蛋白中的高半胱氨酸含量而βB-结晶蛋白中的低半胱氨酸含量。水生物种类需要比陆生物种类更强大的晶状体，这解释了许多鱼类γ-（甚至β-）结晶蛋白中高蛋氨酸含量的原因。最后，我们讨论了结晶蛋白中含硫和芳香族残基之间的协同作用，并提出未来的实验方向。