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结构域重组是进化蛋白和工程蛋白中新变构调控的重要来源。然而，决定新变构性可能在何处出现的序列与结构特征仍然知之甚少。在此，我们检验了如下假设：结构域插入后变构调控的进化可达性受到局部表面环境的限制，具体而言，这种限制与其是否关联于预先存在的协同网络——即所谓的蛋白质扇区（protein sectors）——有关。 我们首先研究了两个合成结构域融合体，其中将燕麦（Avena sativa）的光-氧-电压（light-oxygen-voltage, LOV2）结构域插入大肠杆菌（Escherichia coli）二氢叶酸还原酶（DHFR）的两个位点，这两个位点分别位于与扇区相连或不与扇区相连的蛋白表面。两个插入位点仅相隔5个残基，且两种DHFR酶都保留了相似的催化活性；然而，与扇区相连的版本表现出光依赖性的变构表型，而不与扇区相连的版本则没有。 通过深度突变扫描，我们测定了在每个嵌合体中，几乎所有单点突变对变构性的影响。与扇区相连的DL121表现出显著更高的可进化性，含有大量能够调节变构性的单突变体。相比之下，DL116缺乏能够引入变构调控且具有统计学显著性的突变体，这表明DL116所利用的蛋白表面对于调控表型而言可能是一个进化上的“死胡同”。 令人惊讶的是，DL116在高达80°C的温度下并未表现出协同性解折叠，这表明增强的蛋白质稳定性并不像对其他表型那样能够促进变构调控的可进化性。综上，我们的研究结果表明，蛋白质表面环境会影响变构调控所可利用的突变路径，这与如下观点一致：与扇区相连的表面位点蕴藏着潜在的变构能力，而其他位置在进化上则更为惰性。
kreynolds{at}jhu.edu
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结构域重组是进化蛋白和工程蛋白中新型变构调控产生的重要来源。然而，决定新变构性可能在何处出现的序列与结构特征仍知之甚少。在此，我们检验了这样一个假设：结构域插入后变构调控的进化可及性受到局部表面环境的约束，具体而言，受到其是否与称为蛋白质扇区（protein sectors）的既有协同网络相关联的影响。我们首先研究了两种合成结构域融合体，其中将燕麦（Avena sativa）的光-氧-电压（LOV2）结构域插入大肠杆菌（Escherichia coli）二氢叶酸还原酶（DHFR）的表面位点，该位点要么与扇区相连，要么不与扇区相连。这两个插入位点仅相隔五个残基，且两种 DHFR 酶均保留了相似的催化活性；然而，与扇区相连的版持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。
本作品依据 CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议 提供。
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发布于 2026 年 7 月 3 日。
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蛋白质表面位点决定变构调控的进化可及性
Jerry C Dinan ， James W McCormick ， Rishi Soni ， Samuel Thompson ， Kimberly A Reynolds
bioRxiv 2026.07.02.735819； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.02.735819
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蛋白质表面位点决定变构调控的进化可及性
Jerry C Dinan ， James W McCormick ， Rishi Soni ， Samuel Thompson ， Kimberly A Reynolds
bioRxiv 2026.07.02.735819； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.02.735819
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.02.735819v1?rss=1
🏷️ 变构调控 蛋白质工程 蛋白质扇区 深度突变扫描 结构域重组 DHFR