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 журнале Science Advances, привлекает внимание к регуляции 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.