Compensatory mutations potentiate constructive neutral evolution by gene duplication.


Journal

Science (New York, N.Y.)
ISSN: 1095-9203
Titre abrégé: Science
Pays: United States
ID NLM: 0404511

Informations de publication

Date de publication:
16 Aug 2024
Historique:
medline: 15 8 2024
pubmed: 15 8 2024
entrez: 15 8 2024
Statut: ppublish

Résumé

The functions of proteins generally depend on their assembly into complexes. During evolution, some complexes have transitioned from homomers encoded by a single gene to heteromers encoded by duplicate genes. This transition could occur without adaptive evolution through intermolecular compensatory mutations. Here, we experimentally duplicated and evolved a homodimeric enzyme to determine whether and how this could happen. We identified hundreds of deleterious mutations that inactivate individual homodimers but produce functional enzymes when coexpressed as duplicated proteins that heterodimerize. The structure of one such heteromer reveals how both losses of function are buffered through the introduction of asymmetry in the complex that allows them to subfunctionalize. Constructive neutral evolution can thus occur by gene duplication followed by only one deleterious mutation per duplicate.

Identifiants

pubmed: 39146405
doi: 10.1126/science.ado5719
doi:

Types de publication

Journal Article

Langues

eng

Sous-ensembles de citation

IM

Pagination

770-775

Auteurs

Philippe C Després (PC)

Département de Biochimie, de Microbiologie et de Bio-informatique, Faculté des Sciences et de Génie Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
PROTEO, Le Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, L'Ingénierie et les Applications des Protéines, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
Centre de Recherche sur les Données Massives, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.

Alexandre K Dubé (AK)

Département de Biochimie, de Microbiologie et de Bio-informatique, Faculté des Sciences et de Génie Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
PROTEO, Le Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, L'Ingénierie et les Applications des Protéines, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
Centre de Recherche sur les Données Massives, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
Département de Biologie, Faculté des Sciences et de Génie, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.

Marie-Ève Picard (MÈ)

Département de Biochimie, de Microbiologie et de Bio-informatique, Faculté des Sciences et de Génie Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
PROTEO, Le Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, L'Ingénierie et les Applications des Protéines, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.

Jordan Grenier (J)

Département de Biochimie, de Microbiologie et de Bio-informatique, Faculté des Sciences et de Génie Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
PROTEO, Le Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, L'Ingénierie et les Applications des Protéines, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.

Rong Shi (R)

Département de Biochimie, de Microbiologie et de Bio-informatique, Faculté des Sciences et de Génie Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
PROTEO, Le Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, L'Ingénierie et les Applications des Protéines, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.

Christian R Landry (CR)

Département de Biochimie, de Microbiologie et de Bio-informatique, Faculté des Sciences et de Génie Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
PROTEO, Le Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, L'Ingénierie et les Applications des Protéines, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
Centre de Recherche sur les Données Massives, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.
Département de Biologie, Faculté des Sciences et de Génie, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada.

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