前回の続き。配列類似性、遺伝子重複、アイソザイム、ロバスト性に関して調査。

Can Sequence Determine Function ?

遺伝子配列からタンパク機能予測における問題を提唱した論文。酵素反応にとって重要なのは、基質特異性と、その活性部位。そのため、遺伝子が相同（共通祖先に由来するタンパク質）である場合でも、異なる酵素を触媒する（パラログ）例や、複数の機能を持つ例をあげている。

1つの例は、酸化反応（oxidation reaction）の一種で、互いに family（配列一致が30％以上)の関係にありながら、同一の基質から異なる生成物を作成することを指摘。

この論文のなかで、トリプトファンとヒスチジンパスウェイの進化も言及している。トリプトファン合成に係る酵素をコードする遺伝子 trpF と trpC の遺伝子一致率は、22%（大腸菌で）、しかしタンパクの構造はともにb/aバレル構造と。同じく、ヒスチジン合成に係る遺伝子 hisFと hisA も、25%（超好熱菌 Thermotoga maritima）。こいつらも b/a バレル構造。

Homologous proteins need not catalyze the same chemical reaction. Homologus result from divergent evolution: a progenitorgene is duplicated and its copy assumes a new function in response to selective pressure.

 

Homology, Pathway Distance and Chromosomal Localization of the Small Molecule Metabolism Enzymes in Escherichia coli

大腸菌の酵素の、パスウェイ上の近さ、タンパク質相同性（タンパク構造の類似と、配列一致による分類）、タンパクをコードする遺伝子の染色体上での位置の関係を調査した論文。以下の1から3を示した。

1. パスウェイ上の距離で3ステップ以内にある遺伝子が相同である率は優位に高い(2.9% vs. 1.5%)。
2. パスウェイ上で近い位置にある遺伝子は染色体上で近い傾向にある(パスウェイ上で4以下であるタンパク質の組のうち12％が染色体上で5遺伝子内に位置する）（ただし、これはオペロンの影響と考えられ、オペロンではない遺伝子のみに限ってみると、パスウェイ上で隣り合っても染色体上では隣あうという傾向は見られない）。
3. 染色体上で近い位置の遺伝子は相同である傾向が強い（5遺伝子内なら5.2% 、以外は1.7%）。

そして、酵素のパスウェイ上での再利用や、4つの多機能酵素、9つの多基質特異性を持つ酵素（異なる基質かでありながら同じ反応を触媒する）、同一基質・生成物ながら複合体は異なるケースを確認した。そして、59のアイソザイムを特定した。　

 

Adaptive Evolution of Bacterial Metabolic Networks by
Horizontal Gene Transfer

遺伝子水平伝播(HGT)の影響を、大腸菌と酵母の遺伝子比較から解析した論。大腸菌遺伝子のアミノ酸一致率は、酵母と比べて非常に低いことを示した。そして、大腸菌において遺伝子重複が遠い過去におき、その後さかんに変異がおきた可能性を示唆した。また2つの生物の系統の分岐からさかのぼって、遺伝子の水平伝播は1億年に15-32だが、遺伝子重複は1回であるということを示した。水平伝播遺伝子を含むオペロンの例 atoDAE, codBA, synTSX などがあげられている。

Metabolic Network Analysis of the Causes and Evolution of Enzyme Dispensability in Yeast

酵母遺伝子のうち80％は実験環境で必須ではない。その原因はなにかをFBAを使って解析した論文。15-28%の遺伝子がアイソザイムで回避、4-17%が代わりとなるパスウェイを使って回避、37-68%の遺伝子が環境特異性を示す結果をえた。