Переписана эволюционная история критических компонентов нервной системы
Новое исследование пересмотрело общепринятую эволюционную историю белков, критически важных для электрической сигнализации в нервной системе.
Исследование, проведенное учеными из Университета Пенсильвании и опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, что хорошо изученное семейство белков — калиевые каналы семейства Shaker — присутствовало у микроскопических одноклеточных организмов задолго до общего предка всех животных.
Это говорит о том, что эти ионные каналы существовали до происхождения нервной системы, а не эволюционировали вместе с ней, как считалось ранее.
"Мы склонны думать об эволюции как о марше в сторону большей сложности, но в природе это часто не так", — говорит Тимоти Джегла, доцент биологии и руководитель исследования. — "Например, считалось, что по мере эволюции животных и усложнения нервной системы возникали и диверсифицировались ионные каналы. Но наше исследование показывает, что это не так".
Ионные каналы расположены в мембранах клеток и регулируют движение заряженных частиц (ионов), что является основой электрических сигналов в нервной системе. Каналы семейства Shaker специфически регулируют выход ионов калия из клетки, завершая электрические сигналы (потенциалы действия).
Ключевые открытия:
- Гены семейства Shaker обнаружены у трех видов хоанофлагеллят — ближайших одноклеточных родственников животных.
- У хоанофлагеллят найдены каналы, наиболее близкие к подтипам Kv2, Kv3 и Kv4, которые ранее считались более поздними.
- Это указывает, что у общего предка животных уже присутствовали множественные подтипы (включая Kv1, найденный у гребневиков, и Kv2-4-подобные каналы).
- Гены для Kv2-4-подобных каналов были утеряны у ранних животных (гребневики, губки), и их древность подтверждается только наличием у хоанофлагеллят.
Значение:
- Большинство белков, необходимых для электрической сигнализации, существовали до появления животных и нервной системы.
- Животные смогли "собрать" работающую нервную систему на раннем этапе эволюции, используя уже готовые "кирпичики".
- Понимание эволюции этих каналов помогает понять их функцию, что может иметь значение для лечения заболеваний, связанных с их дисфункцией (аритмии, эпилепсия).