Утрата и восстановление широкой проницаемости аквапоринов у европейских угрей
Исследователи из Института науки Токио обнаружили, что у европейского угря (Anguilla) после утраты гена аквапорина с широкой проницаемостью произошла дупликация генов и мутация, которые восстановили эту функцию.
Гены aqp10.2b2 и aqp10.2b3 представляют собой пример эволюции по принципу «рождения и смерти», когда гены теряют функцию, дублируются, мутируют и диверсифицируются.
- Белки Aquaporin 10 (Aqp10) транспортируют воду и незаряженные растворенные вещества (например, глицерин) через клеточные мембраны.
- Общий предок лучеперых рыб имел два гена Aqp10: aqp10.1 (широкая проницаемость) и aqp10.2 (ограниченная проницаемость).
- Общий предок угрей, несмотря на принадлежность к лучеперым рыбам, утратил все варианты гена aqp10.1.
- Большинство видов угреобразных имеют только один вариант гена aqp10.2b. Однако у европейских угрей в ходе эволюции появилось три гена: aqp10.2b1, aqp10.2b2 и aqp10.2b3.
Функциональный анализ на ооцитах Xenopus показал, что:
- Паралог Aqp10.2b1 сохранил узкую селективность.
- Aqp10.2b2 и Aqp10.2b3 приобрели проницаемость для мочевины и борной кислоты, аналогичную Aqp10.1.
Ключевое изменение было обнаружено в ароматическо-аргининовом (ar/R) селективном фильтре — узкой поре канала аквапорина, состоящей из четырех аминокислот. Восстановленная функция была связана с единичной аминокислотной заменой: тирозин (Y) в третьей позиции фильтра мутировал в глицин (G) в белках Aqp10.2b2 и Aqp10.2b3.
«Тандемная дупликация aqp10.2 восстановила у европейского угря проницаемость аквапоринов для мочевины и борной кислоты — функциональность, которая присутствовала у их предка», — объясняют авторы.
Исследование, проведенное в сотрудничестве с учеными из Токийского университета и Университета Синсю, опубликовано в Genome Biology and Evolution. Оно показывает, как дупликация генов с последующей мутацией может восстановить утраченные ancestral-функции, и подчеркивает потенциал анализа генов аквапоринов для понимания физиологической адаптации водных позвоночных.