Первая крупномасштабная карта белковой сети растения проливает свет на эволюцию и механизмы болезней
Ученые из Центра системной биологии рака Института рака Дана-Фарбер и международная группа коллег впервые получили доказательства эволюционного процесса внутри сетей растительных белков. Исследование опубликовано в журнале Science.
В качестве модели использовалось растение Arabidopsis thaliana, имеющее относительно простой геном из 27 000 генов.
Картирование интерактома
- Исследователи произвели около 8 000 белков клеток растения.
- Методом проверки взаимодействия каждого белка с каждым другим было выявлено 6 200 взаимодействий между 2 700 белками.
- Это значительно превосходит масштаб любых предыдущих карт интерактома (совокупности белково-белковых взаимодействий) этого растения.
Структура сети показала, что некоторые белки взаимодействуют со многими другими, а большинство — лишь с несколькими.
Эволюция на уровне сетей
Используя новый математический алгоритм, ученые обнаружили в сети 26 "сообществ" — кластеров плотно взаимосвязанных белков, вероятно, функционирующих вместе.
Анализ карты предоставил первое эмпирическое свидетельство того, как естественный отбор действует на уровне белковых сетей:
- Появление нового белка в результате дупликации и изменения гена вызывает быстрое "перепрограммирование" (rewiring) сети взаимодействий.
- Со временем новые белки приобретают функции, важные для выживания, и эволюционное давление фиксирует их в системе.
- После быстрого начального изменения перестройка сети постепенно замедляется по мере её стабилизации.
Как патогены атакуют растения
Во втором исследовании та же карта интерактома была использована для изучения того, как бактерии и грибы вызывают болезни, подавляя иммунную систему растений.
- Патогены выделяют белки-эффекторы вирулентности, чтобы подавить защиту растения.
- Ученые проверили взаимодействие эффекторов гриба и бактерии с тысячами белков Arabidopsis.
Ключевое открытие: эффекторы связываются не с белками иммунной системы, а с небольшим набором "неиммунных" белков. Эти белки являются высокосвязными (highly connected) узлами сети, участвуя в широком спектре функций клетки.
Это указывает на изощренность атаки патогенов: они воздействуют на высокоинтегрированные белки, контролирующие множество клеточных процессов, а не на специализированные компоненты иммунитета.
Вывод: Иммунная система растения тесно интегрирована с общей клеточной активностью, что делает её менее компартментализированной, чем считалось ранее.
Эти работы закладывают основу для улучшения сельскохозяйственных культур, борьбы с болезнями растений, а также для лучшего понимания нарушений в белковых сетях, связанных с болезнями человека, включая рак.