Белки архей Asgard проливают свет на эволюцию цитоскелета

Новое исследование Индийского научного института (IISc), опубликованное в The EMBO Journal, раскрывает возможные этапы эволюции цитоскелета — внутреннего каркаса эукариотических клеток — из более простых структур древних микробов.

Цитоскелет современных сложных организмов — это динамическая сеть белковых филаментов (актина, микротрубочек и промежуточных филаментов), которая обеспечивает форму клетки, движение, организацию внутренних компонентов и деление. Его истоки уходят в мир микробов.

Ближайшими живыми родственниками всех эукариот считаются археи Asgard, обитающие в экстремальных условиях, например, в глубоководных отложениях. У них есть белки, напоминающие компоненты современного цитоскелета.

Учёные из IISc совместно с коллегами из IISER Pune, NCBS и NISER изучили два белка семейства FtsZ (FtsZ1 и FtsZ2) у археи Odinarchaeota yellowstonii, выделенной из Йеллоустонского парка (США). Эти белки являются древними родственниками тубулина — строительного блока микротрубочек.

С помощью биохимического анализа и криоэлектронной микроскопии было обнаружено, что белки ведут себя по-разному:

• OdinFtsZ1 образует изогнутые одиночные филаменты, похожие на кольца, которые формирует бактериальный FtsZ при делении клетки.
• OdinFtsZ2 собирается в стопки спиральных колец, напоминающие примитивные трубчатые структуры, подобные микротрубочкам.

Кроме того, белки по-разному закрепляются на клеточной мембране: один — напрямую с помощью спирального хвоста, другой — через белок-адаптер. Это указывает на раннюю форму «разделения труда» между структурными белками, предвосхищающую функциональную специализацию современного цитоскелета.

Сложность современного цитоскелета, вероятно, возникла в результате дупликации генов, специализации и кооперативного взаимодействия систем филаментов. Данное исследование показывает, что этот процесс, возможно, уже начался у архей Asgard. Эти два белка могут представлять ключевой момент, когда простые филаменты начали диверсифицироваться в многофункциональные сети — критический шаг на пути к сложному внутреннему каркасу эукариотических клеток.

«Мы полагаем, что эти белки сохраняют снимок древнего перехода, — говорит Саравенан Палани, доцент кафедры биохимии IISc и автор-корреспондент исследования. — Они связывают нити истории между простейшими микробными филаментами и динамическими каркасами, которые поддерживают все высшие организмы».

Следующая цель команды — культивирование архей Asgard в лаборатории для проведения прямых экспериментов по клеточной биологии, что позволит наблюдать работу этих белков в живых клетках.