Структура белка тенеурина человека оказалась похожа на бактериальный токсин

Белок, играющий важную роль в эмбриональном развитии и формировании нервной системы у человека, по-видимому, был заимствован у бактерий. В исследовании, опубликованном 19 апреля 2018 года в журнале Cell, ученые из Чикагского университета и Стэнфордского университета впервые описали трехмерную структуру белков, называемых тенеуринами.

Тенеурины находятся на поверхности клеток и связываются с другими белками на поверхности соседних клеток. Они участвуют в нескольких процессах, включая эмбриональное развитие, направление аксонов нервных клеток к правильным целям и формирование синапсов.

Однако структура тенеуринов не похожа на другие белки, выполняющие схожие функции. Вместо этого она наиболее близко соответствует структуре бактериального токсина. Это единственный известный человеческий белок с такой структурой.

«Есть много белков на поверхности клетки, которые важны для адгезии, и у них всех есть характерные структуры. Но до сих пор мы не имели представления, как выглядят эти тенеурины», — сказала Демет Арач, доктор философии, старший автор исследования. «Ни один другой эукариотический белок не был на это похож, поэтому его сходство с бактериальным токсином необычно».

Используя электронную микроскопию высокого разрешения, ученые определили структуру человеческой версии белка тенеурина. При сравнении с базами данных других белковых структур она больше всего напоминала бактериальный токсин бочкообразной формы с выступом, похожим на пропеллер.

Этот токсин мог быть включен в многоклеточные организмы очень рано в эволюционной истории. У хоанофлагеллят — одних из самых ранних одноклеточных организмов, которые, как полагают, эволюционировали в многоклеточных эукариот, — есть похожий на тенеурин белок. Вероятно, бактерии передали некоторые из своих генов ранним хоанофлагеллятам, которые включили их в свои собственные геномы.

Ученые также исследовали, как тенеурины выполняют так много различных функций. Они предполагают, что это может быть связано с его сходством с токсином — возможно, он заимствует некоторые из тех же инструментов, которые бактерии используют для заражения клеток, и применяет их для прикрепления и коммуникации с другими клетками.

Генетический процесс, называемый альтернативным сплайсингом, также может помогать тенеуринам выполнять различные задачи. В результате этого процесса один ген может кодировать несколько белков. Арач и ее коллега Томас Зюдхоф сгенерировали два разных, альтернативно сплайсированных тенеурина и протестировали их функциональность.

Крошечное различие — семь из 2500 аминокислот — имело значение:

• Одна версия тенеурина, лишенная семи конкретных аминокислот, могла связываться с клеточным рецептором, важным для передачи сигналов между клетками.
• Другая версия тенеурина, включающая эти семь аминокислот, не могла связываться с этим рецептором. Вместо этого она способствовала формированию синапсов между нервными клетками.

«Обычно в нервной системе разные белки делают разные вещи. Один направляет рост аксонов, другой формирует синапсы, третий участвует в развитии мозга и т.д.», — сказала Арач. «Это одно из объяснений того, как тенеурины делают так много разных вещей — с помощью различных, альтернативно сплайсированных изоформ».

Теперь, когда структура тенеуринов ясна, исследователи планируют продолжить работу, чтобы понять, как эти белки выполняют свои многочисленные роли.