Новое исследование показывает, как измененная структура белка стимулирует многоклеточную эволюцию

Исследователи обнаружили механизм, управляющий эволюцией многоклеточной жизни. Они определяют, как измененное сворачивание белка стимулирует многоклеточную эволюцию.

В новом исследовании, проведенном исследователями из Хельсинкского университета и Технологического института Джорджии, ученые обратились к инструменту, называемому экспериментальной эволюцией. В рамках продолжающегося эксперимента по долгосрочной эволюции многоклеточных клеток (MuLTEE) лабораторные дрожжи развивают новые многоклеточные функции, что позволяет исследователям изучить, как они возникают.

Исследование, опубликованное в Достижения наукиобращает внимание на регуляцию белков в понимании эволюции.

«Демонстрируя влияние изменений на уровне белка на содействие эволюционным изменениям, эта работа подчеркивает, почему знание генетического кода само по себе не обеспечивает полного понимания того, как организмы приобретают адаптивное поведение. Достижение такого понимания требует картирования всего потока генетической информации. , вплоть до активных состояний белков, которые в конечном итоге контролируют поведение клеток», — говорит доцент Юха Саарикангас из Хельсинкского института наук о жизни HiLIFE и факультета биологических и экологических наук Хельсинкского университета.

Дрожжи-снежинки развивают крепкие тела за 3000 поколений, изменяя форму клеток.

Среди наиболее важных многоклеточных инноваций — появление прочных тел: на протяжении более 3000 поколений эти «снежинки-дрожжи» начинали слабее, чем желатин, но в ходе эволюции стали такими же сильными и крепкими, как дерево.

Исследователи определили негенетический механизм, лежащий в основе этого нового многоклеточного признака, который действует на уровне сворачивания белка. Авторы обнаружили, что экспрессия белка-шаперона Hsp90, который помогает другим белкам приобретать свою функциональную форму, постепенно снижалась по мере того, как у снежных дрожжей развивались более крупные и жесткие тела.

Оказывается, Hsp90 действовал как критически важный регулятор, дестабилизируя центральную молекулу, которая регулирует ход клеточного цикла, заставляя клетки удлиняться. Эта удлиненная форма, в свою очередь, позволяет клеткам оборачиваться друг вокруг друга, образуя более крупные и механически прочные многоклеточные группы.

«Давно известно, что Hsp90 стабилизирует белки и помогает им правильно сворачиваться», — объясняет ведущий автор Кристофер Монтроуз из Хельсинкского института наук о жизни, Финляндия. «Мы обнаружили, что небольшие изменения в работе Hsp90 могут иметь глубокие последствия не только для отдельных клеток, но и для самой природы многоклеточных организмов».

Путь к адаптивной эволюции через изменение формы белков

С эволюционной точки зрения эта работа подчеркивает силу негенетических механизмов в быстрых эволюционных изменениях.

«Мы склонны сосредотачиваться на генетических изменениях и были очень удивлены, обнаружив такие большие изменения в поведении белков-шаперонов. Это подчеркивает, насколько творческой и непредсказуемой может быть эволюция при поиске решений новых проблем, таких как построение крепкого тела», — говорит профессор Уилл. Рэтклифф из Технологического института Джорджии.