Без предкового гена жизнь на Земле, возможно, не эволюционировала бы дальше бактериальной слизи

Исследователи из Университета Британской Колумбии идентифицировали общий предковый ген, который позволил эволюции сложной жизни более миллиарда лет назад.

Этот ген, обнаруженный у всех сложных организмов, включая растения и животных, кодирует большую группу ферментов, известных как протеинкиназы. Они позволили клеткам становиться крупнее и быстро передавать информацию из одной части в другую.

«Если бы дупликации и последующие мутации этого гена в ходе эволюции не произошли, жизнь сегодня была бы совершенно иной, — сказал профессор Стивен Пелех. — Самой развитой жизнью на нашей планете, вероятно, всё ещё была бы бактериальная слизь».

Растения, животные, грибы и другие существуют благодаря тому, что состоят из эукариотических клеток, которые крупнее и намного сложнее бактерий. Внутри этих клеток находятся сотни органелл, выполняющих различные функции для поддержания жизни, подобно органам в человеческом теле.

Новое исследование, опубликованное в Journal of Biological Chemistry, идентифицирует ген, давший начало протеинкиназам. На клеточном уровне эти высокоинтерактивные сигнальные белки играют роль, схожую с нейронами в мозге, передавая информацию по всей клетке посредством процесса фосфорилирования белков.

Эта способность передавать сигналы из одной части клетки в другую не только позволила клеткам стать сложнее внутренне, но и дала возможность клеткам объединяться в системы, проложив путь для эволюции разумной жизни.

Изучение этих ферментов стало очень важным для медицины. Более 400 человеческих болезней, таких как рак и диабет, связаны с проблемами в клеточной сигнализации. Болезнь возникает, когда клетка получает неверную информацию или «путается». Сегодня около трети всех разработок фармацевтических препаратов нацелены на протеинкиназы.

Более 30 лет исследователям было известно, что большинство протеинкиназ произошли от общего предка, поскольку их гены очень похожи.

«Из секвенирования генома человека мы знали, что около 500 генов различных протеинкиназ имеют сходную структуру, — сказал Пелех. — Наше новое исследование показало, что ген, вероятно, произошёл от бактерий, где облегчал синтез белков, а затем мутировал, приобретя совершенно новые функции».

Тот же ген, который дал начало протеинкиназам, также привёл к образованию группы ферментов, известных как холин- и этаноламинкиназы. Фермент холинкиназа критически важен для производства фосфатидилхолина — основного компонента мембран, окружающих эукариотические клетки и их органеллы, но отсутствующего у бактерий.

Пелех отмечает, что подход, использованный для изучения эволюции этого гена, можно адаптировать для исследования других важных семейств белков. Это может в конечном итоге привести к созданию белковой версии эволюционного древа жизни.