http://galachem.ru/bioximiya/mn-bio-kits/

Переход к многоклеточности: GK меняет профессию

  • 370
  • 1,1
  • 0
  • 1
Добавить в избранное
Рисунок Ольги Посух.

Около 800 миллионов лет назад на Земле появились многоклеточные организмы. Как это произошло, со стопроцентной точностью сказать никто, конечно, не может. Однако результаты сравнения эволюционно близких белков указывают на то, что причиной могла стать замена одной-единственной аминокислоты в ферменте гуанилаткиназе.

12 биологических новостей в картинках

12 биологических новостей в картинках

Вообще, мы серьезные люди. Гранит науки хрустит на наших зубах. Мы освещаем такие суровые, такие сложные закоулки биологического знания, до которых не дотянулись фонари других научно-популярных сайтов. Но иногда нам так хочется подурачиться. И рассказать о науке веселым языком, показать ее под другим углом. Нарисовать забавных картинок, написать легкий и смешной текст. Поэтому мы и открыли новую рубрику — «12 биологических новостей в картинках».

Интеллектуальный партнер этих иллюстрированных рассказов — АО РВК.

800 миллионов лет назад в истории жизни на Земле произошло важнейшее событие: среди живых организмов появились многоклеточные. Содержать в мире и спокойствии сразу несколько клеток — дело непростое, потому что надо согласовывать их действия, а также удерживать их вместе, чтобы организм не распался и имел определенную форму. Пока точно неизвестно, что конкретно позволило перейти к многоклеточности, но одно из недавних предположений, выдвинутых учеными из нескольких штатов США, гласит, что этому помогло изменение функций фермента гуанилаткиназы (GK), которая превратилась в GK-PID (guanylate kinase protein-interaction domain), определяющий ориентацию веретен деления в клетках [1].

Многоклеточность

Рисунок Ольги Посух. Чтобы увидеть рисунок в полном размере, нажмите на него.

Предположение это появилось не на пустом месте. Известно, что именно GK-PID (домен в составе белка Dlg) помогает веретенам деления ориентироваться нужным образом. Dlg скапливается с внутренней стороны клеточной мембраны, и GK-PID одной своей стороной связывается с якорными белками-маркерами на ней. (Расположение таких маркерных белков напрямую зависит от формы и типа материнской клетки.) Другой стороной он прикрепляется к микротрубочкам веретена деления и таким образом фиксирует их в нужной плоскости. А поскольку микротрубочки в составе веретена деления растаскивают хромосомы материнской клетки по дочерним, получается, что за счет GK-PID хромосомы расходятся в нужных плоскостях.

Гуанилаткиназ и GK-PID

Рисунок Ольги Посух. Чтобы увидеть рисунок в полном размере, нажмите на него.

Когда последовательность ДНК, кодирующая GK-PID, несет в себе мутации, геометрия деления клеток нарушается. Вместо того чтобы образовывать упорядоченные структуры, новые ткани становятся бесформенными или даже перерождаются в раковые. Вероятно, то же самое происходило и с клетками в составе еще несовершенных протомногоклеточных.

Чтобы понять, имеет ли такое предположение право на существование, исследователи попробовали реконструировать древние варианты GK-PID. Они проверили, какие эволюционные связи имеет эта молекула с очень похожим по строению ферментом гуанилаткиназой, которая у человека и других млекопитающих помогает «строить» цепи ДНК. Для этого ученые сравнили последовательности, кодирующие эти два белка, у представителей 200 различных видов животных и простейших. Оказалось, что у многоклеточных организмов последовательность ДНК, кодирующая GK-PID, отличается от аналогичной последовательности одноклеточных всего на один триплет нуклеотидов — группу, кодирующую одну аминокислоту. Именно это отличие (замена серина на пролин) придало предковой форме GK-PID способность цепляться за белки-маркеры у плазматической мембраны. У одноклеточных его аналог, как и гуанилаткиназа, служит для сборки ДНК.

Гуанилаткиназа в одноклеточных

Рисунок Ольги Посух. Чтобы увидеть рисунок в полном размере, нажмите на него.

Итак, чтобы GK «поменяла профессию» и из фермента стала якорем для веретена деления, понадобилась всего одна мутация. Однако надо заметить, что ей предшествовало событие покрупнее. Ген, кодирующий этот белок, у предков многоклеточных животных удвоился — и это в пределах одной хромосомы. Получились эдакие сиамские близнецы. При этом изменение последовательности нуклеотидов, которое перепрофилировало гуанилаткиназу, произошло в теле только одного близнеца.

Могла ли многоклеточность появиться в результате изменения единственного гена? Нельзя исключать такую возможность. Но, конечно, не помешает проверить и остальные варианты. Чтобы сделать это, пригодится метод реконструкции древних белков [2]. Данные о последовательностях нуклеотидов в генах различных видов можно не только сравнивать между собой и на основе этого устанавливать степень родства организмов, чем занимается молекулярная филогенетика. Есть еще вариант включать нужные варианты генов в ДНК бактерий и «заставлять» их производить чужие белки, в том числе и «древние», присущие наиболее примитивным организмам. Свойства таких белков, как и любых других, можно изучать методами биохимии. При этом велик шанс из информации о «поведении» белков выудить и данные о жизни организмов, их вырабатывающих. В любом случае, мутация в гене GK почти наверняка сыграла значительную роль в усложнении организмов наших предков, и, может быть, именно она — первопричина того, что вы только что до конца дочитали эту статью.

Литература

  1. Anderson D.P., Whitney D.S., Hanson-Smith V., Woznica A., Campodonico-Burnett W., Volkman B.F. et al. (2016). Evolution of an ancient protein function involved in organized multicellularity in animals. eLife5, e10147;
  2. Элементы: «Геология и эволюция»..

Комментарии

Вас также может заинтересовать