Сравнение геномов раскрывает эволюцию ключевого белка филаментов у животных, растений и бактерий

Исследователи A*STAR установили, что различные эволюционные пути в разных доменах жизни привели к формированию уникальных систем филаментов, лежащих в основе клеточной структуры и белковых моторов. Работа сосредоточена на белке актине и предлагает объяснение, как возникли различные системы у животных, растений и бактерий.

Актин образует филаменты, которые составляют клеточный скелет, служат каркасом для локальной сборки белков и обеспечивают движение клеток. Хотя структура актина и его филаментов схожа у всех животных и растений, структура актин-подобных белков у бактерий существенно отличается. Роберт Робинсон и его коллеги проанализировали генетические связи между актин-подобными белками у различных организмов, чтобы понять эти различия.

"Сравнивая геномы организмов, которые разошлись в разные моменты эволюции, мы можем проследить пути, по которым белковые машины становились сложнее", — говорит Робинсон. — "Мы показываем, что филаментные машины, генерирующие силу у бактерий, растений и животных, следовали разным эволюционным путям".

Исследователи установили, что у бактерий существует система «один филамент — одна функция», в которой различные актин-подобные белки выполняют отдельные клеточные функции. В отличие от этого, растения и животные развили систему «универсального пула актина», в которой один тип актина задействован во множестве клеточных процессов.

Учёные предполагают, что функциональные потребности бактериальных клеток привели к тому, что актин-подобные белки эволюционировали с разной скоростью. Например, филаменты, необходимые для точного деления бактериальной клетки, должны формироваться в другое время и в другом месте, чем филаменты, участвующие в построении клеточной стенки. Различия в функциях привели к расхождению в структуре и появлению разных форм белка.

Команда считает, что вовлечённость актина в различные клеточные процессы у общего предка животных и растений означала, что любые изменения в белке могли нарушить эти функции, тем самым ограничив его эволюционный путь. Однако, как отмечает Робинсон, неожиданным стало то, что позднее стремление к увеличению разнообразия филаментов в рамках этих ограничений привело у растений и животных к разным механизмам достижения этого разнообразия.

"Мы надеемся, что определённые нами концепции повлияют на мышление в отношении систем филаментов", — объясняет Робинсон.

Однако он отмечает, что мало что известно об актиновых филаментах в третьем домене жизни — у одноклеточных организмов архей.

"Мы хотели бы увидеть больше секвенированных геномов архей, чтобы лучше понять состояние актиновых филаментов на момент их эволюционного разделения", — заключает он.