转录调控中分子适应的能量学

突变是演化探索蛋白质功能景观的关键机制。尽管我们能够按意愿实验性地施加突变,但将序列层面的扰动与系统层面的响应联系起来仍然困难。在此,我们提出一个以测量系统自由能变化为核心的框架,将别构转录阻遏物中的单个突变与其响应所 governed 的参数联系起来。我们发现突变的能量学效应可归类为若干类,它们作为诱导物浓度的函数具有特征曲线。我们利用大肠杆菌中特征明确的 LacI 阻遏物实验检验了这些诊断性预测,探测了 DNA 结合域与诱导物结合域中的若干突变。我们发现,由点突变引起的基因表达变化可仅通过修改描述野生型蛋白质相应域的模型参数子集来捕捉。这些参数似乎是绝缘的:DNA 结合域中的突变仅改变 DNA 亲和力,而诱导物结合域中的突变仅改变别构参数。改变这些参数子集以与理论预期一致的方式调节系统的自由能。最后,我们表明,在已知单突变的情况下,成对双突变的诱导曲线及所得自由能可以以定量精度预测,从而为识别和量化上位性相互作用提供途径。