分子演化與系統發生學

外顯子重組(exon shuffling)

造新機器有一種巧妙辦法:不是把每個零件都從頭發明,而是把標準模組拼來配去——電機取自一台設備、夾具取自另一台、感測器取自第三台。把經過驗證的模組以新的組合啪地拼起來,你就能很快得到一台新機器。演化對蛋白質做的事驚人地相似,把現成的功能部件重組成新蛋白質。這就是外顯子重組。

回想一下,許多真核生物的基因被切分成編碼段(外顯子)、其間被非編碼段(內含子)打斷,而外顯子常常對應於緊湊、自成一體的蛋白質模組,稱為結構域——一個外顯子也許編碼一塊能結合鈣的部分,另一個外顯子編碼一塊錨定到膜上的部分。由於外顯子之間的內含子又長又寬容,DNA可以在某個內含子內部斷開再接合,而不打亂外顯子的編碼部分。當重組把一個外顯子(或一組外顯子)從一個基因搬進另一個基因時,接收方的蛋白質便一步獲得了一整個功能結構域——這比一個字母一個字母地演化出那個結構域要快得多。在演化的歲月裡,同樣的結構域被重組進許多不同的蛋白質,像一份共享的零件目錄。

外顯子重組幫助解釋了為什麼複雜的多結構域蛋白質能在動物歷史中如此迅速地出現——例如血液凝固和免疫系統的蛋白質,它們是由從別處借來的、反覆出現的結構域拼成的鑲嵌體。它與基因複製互補,共同充當新穎性的創造者:複製是拷貝再微調,重組則是把部件重組。一個值得記住的告誡:重組是一個重要機制,但並非通往新結構域的唯一途徑,而它究竟造出了多大比例的蛋白質仍有爭議,且因譜系而異。

組織型纖溶酶原激活物是一種凝血蛋白,它是由別的蛋白質中也有的結構域拼成的鑲嵌體——一個指狀結構域、一個生長因子結構域、幾個kringle結構域、以及一個蛋白酶結構域——每一個似乎都是經外顯子重組借來並組裝上去的。

把現成的功能模組啪地拼起來,造出新的蛋白質。

外顯子重組是通往新結構域的途徑之一,並非唯一,而它實際造出了多大比例的蛋白質仍有爭議。它在內含子又長又多的基因裡最為奏效,這就是為什麼它在某些譜系裡比在另一些譜系裡更突出。

又稱
domain shufflingmodular protein evolution外显子洗牌结构域改组