所有生物學家都知道，不起眼的結構有時可以帶來巨大的影響。比如，在我們的細胞和組織中東奔西跑的數以百萬計的信號分子、激素和其他生物分子，在許多關鍵過程中都發揮著主導作用。
儘管生物學家和醫學家將這些知識熟記於心，但長期以來，他們卻忽視了一類特殊的蛋白質。因為這些蛋白質非常小，而且只在靈長類動物中被發現了，所以科學家認為這些蛋白質是無足輕重，不具備任何功能的。
但幾年前的一些發現顛覆了這種觀點。科學家發現，人體器官中存在成千上萬種新型微蛋白。
近日，在發表在《分子細胞》上的一篇新論文中，一組國際研究團隊描述了他們如何系統地研究這些微蛋白，以及從中了解到的情況，比如這些蛋白質在哪些基因組序列中被編碼，在它們進化過程中何時發生DNA突變。他們懷疑，與長期以來的假設相反，這些微蛋白在各種細胞功能中發揮著關鍵作用。
迄今為止最小的蛋白質
生物信息學基因分析顯示，大多數人類微蛋白在進化過程中的發展，比目前科學家所知道的大型蛋白質晚了數百萬年。由於相對快速的「創新和適應」，這些年輕的蛋白質也可能在很大程度上參與了進化的發展，進化過程本身也有可能比以前認為的更加動態。
與我們基因組中編碼的已知古老蛋白質不同，大多數微蛋白在某種程度上可以說是「憑空出現」的。換句話說，它們是從先前不負責生產蛋白質的DNA區域中出現的。
微蛋白沒有採取更簡單的「常規」路徑從現有版本中複製和衍生。而且，這些小型蛋白質僅僅在人類進化過程中出現，在其他大多數動物的細胞中都沒有。但在小鼠、魚類和鳥類這些動物身上，科學家已經發現了屬於它們自己的年輕的小型蛋白質集合。
線粒體（綠色）和細胞核（藍色）中的微蛋白在人類細胞中被過度表達。黃色和粉色的區域顯示，微蛋白的信號與線粒體和核的信號重疊。（圖／Clara-Louisa Sandmann, Max Delbrück Center）
然而，這種巨大的年齡差距似乎並不妨礙這些蛋白質之間的「對話」。研究人員使用馬克斯·德爾布呂克中心在2017年開發的生物技術篩選方法，驚訝地發現，年輕得多的微蛋白實際上可以與古老得多的蛋白質相互作用。
團隊在一張膜上合成了微蛋白，然後用含有人類細胞中已知的大多數蛋白質的溶液進行「孵化」。複雜的實驗和計算機輔助分析，讓研究人員能夠確定單個結合對。
如果一種微蛋白與另一種蛋白結合，並不一定意味著它會影響另一種蛋白的工作，或是影響這種蛋白質所參與的某些過程。但結合的能力確實表明，這些蛋白質可能會影響彼此的功能。實驗證實了這一假設，這讓研究人員有理由認為，微蛋白可能會影響比它們早幾百萬年的細胞過程，因為一些古老的蛋白質在最早期的生命形式中就存在。
與此同時，研究人員還留意到了迄今為止發現的最小的人類蛋白質。他們確認了200多種超小型蛋白質，每種都不到16個胺基酸，或者可以理解成不足16個「單位」。作為對比，通常情況下，蛋白質都由幾百個胺基酸構成。
這就提出了一個問題——一種蛋白質最小能多小？又或者說，蛋白質必須有多大才能發揮作用？
一些已知的小型蛋白質被稱為肽，具有作為激素或者信號分子的功能。它們是從較大的前體蛋白質中分離而來的。而現在的研究表明，相似大小的肽也能以截然不同的方式發展而來。
這些最小的蛋白質同樣可以非常明確地專門與更大的蛋白質結合。但目前我們仍不清楚它們能否成為激素或者類似的東西。
微蛋白的作用
科學家表示，顯而易見的是，微蛋白太重要了，人們不能一直忽視它們。
研究人員也還不知道這些微蛋白在我們的身體中的主要作用。但這項研究確實提供了一種關於這些分子能力的暗示。一種可以想見的情況是，這些微蛋白可能參與了心血管疾病和癌症過程，因此可以作為診斷和治療的新目標。
他們的研究已經調查了281種微蛋白，但未來的目標是擴大實驗範圍，包括最近編錄的7000種微蛋白中的更多種類，揭示許多尚未發現的功能。
參考來源：
https://www.mdc-berlin.de/news/press/evolution-miniproteins-appeared-nowhere
封面圖&首圖：Clara-Louisa Sandmann, Max Delbrück Center