粘液的进化如何得到所有这些粘液的
从粘液涂层鼻涕虫到我们嘴里的唾液，许多滑溜溜的体液都含有粘液。那么，这一生物学奇迹是如何演变的呢?
在哺乳动物中，答案是很多次，而且通常是以一种令人惊讶的方式，根据一项关于蛋白质的新研究，称为粘蛋白。这些分子具有多种功能，但作为一个家族，它们被称为粘液的成分，在那里它们有助于物质的粘稠稠度。
通过对49种哺乳动物物种的粘蛋白基因的比较，科学家们确定了15种情况，其中新的粘蛋白似乎是通过将非粘蛋白蛋白转化为粘蛋白的加法过程进化而来的。
科学家们提出，这些“粘液化”事件中的每一个都始于一种不是粘蛋白的蛋白质。在某个时候，进化在这个非粘蛋白碱基上附加了一个新的部分：一个由称为氨基酸的短链构建块组成的部分，这些构建块装饰着糖分子。随着时间的推移，这个新区域被复制，增加了多个拷贝以进一步拉长蛋白质，使其成为粘蛋白。
被称为“重复”的双倍区域是粘蛋白功能的关键，例如布法罗大学的研究人员奥马尔·戈库门和该研究的资深作者斯特凡·鲁尔，以及第一作者Petar Pajic。
覆盖这些部分的糖像瓶刷的刷毛一样向外突出，它们赋予粘蛋白粘稠的特性，这对于这些蛋白质执行的许多重要任务至关重要。
该研究将于8月26日发表在《科学进展》上。
“我不认为以前已经知道蛋白质功能可以以这种方式进化，从蛋白质获得重复序列。不是粘蛋白的蛋白质只是通过获得重复而变成粘蛋白。这是进化产生粘液的重要方式。这是一个进化的把戏，我们现在一遍又一遍地记录这种情况，“UB艺术与科学学院生物科学副教授Gokcumen博士说。
“我们在粘蛋白中看到的重复被称为'PTS重复序列'，因为它们含有高含量的氨基酸脯氨酸，苏氨酸和丝氨酸，它们有助于粘蛋白发挥其重要的生物学功能，从润滑和保护组织表面到帮助我们的食物变滑，以便我们可以吞咽它，”Stefan Ruhl，DDS，博士， UB牙科医学院临时院长和口腔生物学教授。“有益的微生物已经进化到生活在粘液涂层的表面上，而粘液也可以同时充当保护屏障，并通过保护我们免受不必要的致病入侵者的侵害来抵御疾病。
“没有多少人知道，第一个被纯化和生化表征的粘蛋白来自唾液腺，”Ruhl补充道。“在过去的30年里，我的实验室一直在研究唾液中的粘蛋白，主要是因为它们可以保护牙齿免受蛀牙的侵害，并且因为它们有助于平衡口腔中的微生物群。
“惊人的生活特质”的有趣演变
“我认为这篇论文真的很有趣，”戈克库门说。“这是我们很幸运的时刻之一。我们正在研究唾液，然后我们发现了一些有趣和很酷的东西，并决定研究它。
在研究唾液时，研究小组注意到，人类中一种名为MUC7的小唾液粘蛋白在小鼠中不存在。然而，啮齿动物确实具有类似大小的唾液粘蛋白，称为MUC10。科学家们想知道：从进化的角度来看，这两种蛋白质是否相关?
答案是否定的。但这项研究接下来发现的却是一个惊喜。虽然MUC10似乎与MUC7无关，但在人类眼泪中发现的一种名为PROL1的蛋白质确实共享MUC10结构的一部分。PROL1看起来很像MUC10，减去使MUC10成为粘蛋白的糖衣瓶刷重复。
“我们认为，不知何故，撕裂基因最终被重新利用，”Gokcumen说。“它获得了赋予其粘蛋白功能的重复，现在它在小鼠和大鼠唾液中大量表达。
科学家们想知道其他粘蛋白是否可能以同样的方式形成。他们开始调查并发现了相同现象的多个例子。虽然许多粘蛋白在各种哺乳动物群体中具有共同的祖先，但研究小组记录了15个实例，其中进化似乎通过添加PTS重复序列将非粘蛋白蛋白转化为粘蛋白。
Gokcumen说，这是“非常保守的外观”，并指出该研究集中在几十种哺乳动物物种基因组的一个区域。他称史莱姆为“惊人的生命特征”，他很好奇同样的进化机制是否可能推动了蛞蝓、史莱姆鳗和其他小动物中一些粘蛋白的形成。需要更多的研究来找到答案。
“新的基因功能如何进化仍然是我们今天要问的一个问题，”生物科学UB博士生Pajic说。“因此，我们通过提供一种新机制的证据来增加这种话语，其中在基因内获得重复序列会产生一种新的功能。
“我认为这可能具有更广泛的影响，无论是在理解适应性进化方面，还是在可能解释某些致病变异方面，”Pajic补充道。“如果这些粘蛋白在不同的时间在不同物种中一遍又一遍地从非粘蛋白进化而来，这表明存在某种适应性压力，使其有益。然后，在光谱的另一端，也许如果这种机制'偏离轨道' - 发生太多，或者在错误的组织中 - 那么它可能导致疾病，如某些癌症或粘膜疾病。
对粘蛋白的研究表明，UB的进化生物学家和牙科研究人员之间的长期合作关系如何产生对人类健康也很重要的基因和蛋白质的新见解。
“我的团队几十年来一直在研究粘蛋白，我与Gokcumen博士的合作通过揭示所有这些令人兴奋的关于其进化遗传学的新见解，将这项研究提升到了一个新的水平，”Ruhl说。“在我职业生涯的这个高级阶段，看到像Petar Pajic这样的新一代年轻调查人员正在燃烧科学好奇心的火焰，这也是非常令人欣慰的。
其他研究合著者包括博士后助理沈世辰博士和博士瞿军博士，教授，均在UB药学院药学和药物科学系，以及UB生物信息学和生命科学卓越中心;和Alison J. May博士，前博士后学者，和Sarah Knox博士，副教授，在加州大学旧金山分校牙科学院的细胞与组织生物学系。梅现在是西奈山伊坎医学院的助理教授。
进行这项研究的科学家得到了国家科学基金会的支持，以及国立牙科和颅面研究所以及国立癌症研究所，这两个研究所都是国立卫生研究院的一部分。
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