Ewolucja metalobiałek
Nowe spojrzenie na ewolucję metalobiałek. W swoim najnowszym artykule dr Kevin Waldron prezentuje badania dotyczące ewolucji wiązania jonu metalu przez dysmutazy ponadtlenkowe. Wyniki wskazują, że dysmutazy mają dużą elastyczność ewolucyjną, która pozwoliła wielokrotnie w toku ewolucji zmieniać preferencje tych białek względem jonu żelaza lub manganu jako kofaktora. Zaprezentowane wyniki pozwalają inaczej spojrzeć na ewolucję wszystkich metalobiałek – okazuje się, że mogą one mieć większą elastyczność względem wiązanego jonu metalu, niż dotychczas sądziliśmy.
Z przyjemnością informujemy, że badania te zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Nature Ecology and Evolution.
Dr Kevin Waldron rozpoczął pracę w IBB PAN w grudniu 2022 r. jako kierownik nowo utworzonej Pracowni Metalobiałek. Na prowadzenie badań w IBB PAN pozyskał fundusze z Narodowego Centrum Nauki (grant MAESTRO) oraz Narodowego Instytutu Zdrowia (USA). Gratulujemy i życzymy kolejnych sukcesów.
Komentarz dr. Kevina Waldrona:
In our latest paper, we have combined detailed bioinformatic analyses of genome and protein sequences with classical methods of biochemistry and structural biology to study the evolution of a metalloenzyme family, the iron (Fe) or manganese (Mn) dependent superoxide dismutases (SodFM). Members of this protein family were traditionally considered to be ‘specific’ for either Fe or Mn as their essential cofactor for catalyzing their reaction, which is pivotal in the detoxification of the reactive oxygen species, superoxide. Only a limited few SodFMs were known to be ‘cambialistic’, i.e. able to catalyse their reaction using either metal. Here, we categorized the SodFM family into five discrete subfamilies. We sampled and characterized the metal-preference of >60 SodFM isozymes from across the phylogenetic tree, including multiple enzymes from each of the five subfamilies. This biochemical analysis demonstrated that phylogenetics do not perfectly correlate with metal-preference, with each subfamily containing members of varying preferences. By studying discrete regions of the phylogenetic tree, we identified several specificity switches that have occurred during evolution, with Mn-preferring enzymes evolving to gain the function of catalysis with Fe, or vice versa. Through extensive mutagenesis studies, we demonstrated a role in this evolutionary switching of metal-preference for two key residues. These amino acids are localized within the metal’s secondary coordination sphere, lying in close spatial proximity to the metal but making no direct contacts with it. Together, this study has demonstrated that metal-preference in the SodFM family is highly fluid; it can and does change frequently, and these changes can be mediated by mutations at just two loci. Furthermore, it suggests that metal cofactor preferences in metalloenzymes more broadly may be more flexible than previously appreciated, with potential implications for our understanding of the function and evolution of many more of the approximately half of all enzymes that require an essential metal cofactor to function.