Воскрешение древних белков: две мутации заложили основу эволюции современной гормональной сигнализации
Исследователи под руководством учёного из Чикагского университета обнаружили две ключевые мутации, которые около 500 миллионов лет назад вызвали гормональную революцию.
Команда воскресила и проанализировала функции предков генов, играющих ключевую роль в современной репродукции, развитии, иммунитете и онкологии человека. Воссоздав те же изменения ДНК, что произошли в древней истории этих генов, учёные показали, что две мутации заложили основу для того, чтобы гормоны, такие как эстроген, тестостерон и кортизол, взяли на свои нынешние ключевые роли.
«Изменения всего в двух буквах генетического кода в нашем глубоком эволюционном прошлом вызвали масштабный сдвиг в функции одного белка и запустили эволюцию наших современных гормональных и репродуктивных систем», — сказал Джо Торнтон, ведущий автор исследования.
Изучая эволюцию семейства белков стероидных гормональных рецепторов, команда проследила, как предок всего семейства, распознававший только эстрогены, эволюционировал в белки, способные узнавать другие стероидные гормоны.
Для этого использовалась стратегия «воскрешения генов»:
- Вычислительными методами были восстановлены генетические последовательности древних рецепторных белков.
- Эти древние последовательности ДНК были синтезированы биохимически.
- С помощью молекулярных анализов определили чувствительность рецепторов к различным гормонам.
Учёные установили, что способность распознавать неэстрогенные стероиды развилась в период около 500 миллионов лет назад. Внеся ключевые мутации того периода в реконструированные белки, они обнаружили, что всего два изменения в гене древнего рецептора вызвали сдвиг его предпочтения от эстрогенов к другим стероидным гормонам в 70 000 раз.
Хотя были изменены лишь несколько атомов в белке, это радикально перестроило сеть взаимодействий между рецептором и гормоном, приведя к кардинальному изменению функции.
«Наши выводы показывают, что новые молекулярные функции могут эволюционировать внезапными большими скачками из-за нескольких крошечных изменений в генетическом коде», — отметил Торнтон.
Исследование опубликовано 24 июня в Proceedings of the National Academy of Sciences.