Эволюция слизи: как мы получили всю эту слизь?
Новое исследование белков муцинов показывает, что у млекопитающих слизь эволюционировала много раз, часто неожиданным образом. Эти молекулы — ключевой компонент слизи, придающий ей вязкую консистенцию.
Сравнив гены муцинов у 49 видов млекопитающих, учёные выявили 15 случаев, когда новые муцины, по-видимому, эволюционировали путём добавления новых участков к немуциновому белку.
Механизм «муцинизации»
Учёные предполагают, что каждый такой процесс начинался с белка, не являющегося муцином. Эволюция добавляла к его основе новый участок — короткую цепь аминокислот, украшенных молекулами сахара. Со временем эта область дублировалась, добавлялись множественные копии, удлиняя белок и превращая его в муцин.
Эти удвоенные области, «повторы», ключевые для функции муцина. Покрывающие их сахара торчат наружу, как щетина ёршика, и придают муцинам скользкое свойство, жизненно важное для их задач: от смазки и защиты поверхностей тканей до помощи в глотании пищи.
Исследование будет опубликовано 26 августа в Science Advances.
«Я не думаю, что было известно ранее, что функция белка может эволюционировать таким образом — за счёт приобретения повторяющихся последовательностей. Белок, не являющийся муцином, становится муцином, просто получая повторы. Это важный способ, которым эволюция создаёт слизь», — говорит Омер Гокчумен, PhD.
От слюны к открытию
Изучая слюну, команда заметила, что маленький человеческий слюнный муцин MUC7 отсутствует у мышей. У грызунов был похожий муцин MUC10. Оказалось, они не родственны. Однако выяснилось, что белок из человеческих слёз PROL1 имеет часть структуры MUC10, но без сахарных «повторов», делающих MUC10 муцином.
«Мы думаем, что этот ген слёз каким-то образом был перепрофилирован. Он приобрёл повторы, дающие ему функцию муцина, и теперь обильно экспрессируется в слюне мышей и крыс», — объясняет Гокчумен.
Дальнейшее исследование показало множество примеров того же явления. Хотя многие муцины имеют общее происхождение, команда задокументировала 15 случаев превращения немуциновых белков в муцины путём добавления PTS-повторов (богатых аминокислотами пролином, треонином и серином).
Широкие последствия
«То, что эти муцины снова и снова эволюционируют из немуцинов у разных видов, предполагает наличие адаптивного давления. А если этот механизм выйдет из-под контроля — произойдёт слишком много или в неправильной ткани — это может привести к болезням, таким как рак или заболевания слизистых», — отмечает первый автор исследования Петар Пажич.
Исследование демонстрирует, как междисциплинарное сотрудничество эволюционных биологов и стоматологов даёт новое понимание генов и белков, важных для здоровья человека.