Ленточная структура органеллы Гольджи не является исключительной чертой позвоночных

Исследователи сообщают 29 февраля в журнале Cell Reports, что ленточный аппарат Гольджи — структура органеллы, которую ранее считали уникальной для позвоночных, — также присутствует у представителей других таксонов животных, включая моллюсков, дождевых червей и морских ежей.

Функция ленточного аппарата Гольджи всё ещё остаётся загадкой, но его наличие у разнообразных животных указывает, что его роль не специфична для позвоночных, как считалось ранее. Команда также показала, что ленточный аппарат формируется в определённый момент эмбриогенеза, что позволяет предположить его возможную роль в клеточной дифференцировке.

"Ленточный аппарат Гольджи — это очень древнее новшество, и он гораздо более распространён, чем считалось ранее, — говорит старший автор, клеточный биолог Франческо Ферраро из Зоологической станции Антона Дорна. — До сих пор неясно, зачем нужна эта структура, но тот факт, что она сохранялась более 600 миллионов лет и до сих пор так широко распространена, говорит о фундаментальности её функций".

Комплексы Гольджи универсальны для эукариот, но их организация варьируется. Эти органеллы состоят из стопок мембранных мешочков, которые обрабатывают и упаковывают белки для транспортировки в другие части клетки или выведения из неё.

У одноклеточных эукариот обычно есть одиночные стопки Гольджи, у растений, грибов и некоторых животных — множественные разрозненные стопки в цитоплазме, а у других животных множественные стопки соединены, образуя ленточную структуру.

Современный консенсус клеточных биологов гласил, что ленточный аппарат есть только у позвоночных. Однако, обнаружив его у эмбрионов морских ежей, команда Ферраро начала исследовать его распространённость среди беспозвоночных. Они изучили структуру аппарата Гольджи у представителей различных таксонов животных и близкородственных одноклеточных эукариот.

Оказалось, что ленточный аппарат присутствует как у позвоночных, так и у беспозвоночных, включая моллюсков, кольчатых червей (например, дождевых червей) и иглокожих (например, морских звёзд и ежей). Однако его нет у членистоногих, нематод, а также у более примитивных таксонов, таких как губки и гребневики.

Исходя из такого разрозненного, но широкого распространения, исследователи полагают, что ленточный аппарат эволюционировал единожды — около 600 миллионов лет назад у предка всех кишечнополостных и билатерий (включает всех животных, кроме губок, гребневиков и пластинчатых), но впоследствии был утрачен некоторыми линиями билатерий, включая нематод и членистоногих.

"Ленточный аппарат Гольджи предшествовал эволюции и диверсификации позвоночных, а значит, он не развивался для выполнения какой-то специфической функции в клеточной физиологии именно этой группы", — говорит Ферраро.

Далее команда исследовала механизм формирования ленточного аппарата. В клетках млекопитающих он образуется, когда множественные стопки Гольджи связываются молекулярными "привязями", включающими белки GRASP (соединяют соседние стопки) и белки гольджины (служат точками якоря для GRASP).

Из предыдущих исследований было известно, что для формирования ленты GRASP должны связываться с одним из двух гольджинов. Используя моделирование AlphaFold2, учёные выяснили, что эти точки якоря, вероятно, эволюционировали в разное время: одна — у общего предка всех многоклеточных животных, а связывание со вторым гольджином появилось у общего предка кишечнополостных (например, актиний, кораллов, медуз) и билатерий.

Хотя функция ленточного аппарата остаётся неясной, исследователи подозревают его вовлечённость в клеточную дифференцировку во время эмбриогенеза. Изучая динамику аппарата Гольджи у развивающихся морских ежей (Paracentrotus lividus), асцидий и ланцетников, они показали, что стопки Гольджи остаются раздельными в течение первых нескольких раундов клеточного деления, но соединяются в централизованную ленту в определённый момент эмбриогенеза.

"Формирование этих централизованных лент происходит непосредственно перед гаструляцией — стадией развития, на которой у эмбрионов определяется судьба различных тканей и план строения тела животного, — говорит Ферраро. — Основываясь на этом консервативном времени формирования, мы предполагаем, что ленточный аппарат Гольджи может играть роль в развитии эмбриона и дифференцировке, о чём раньше никто не задумывался".

Сейчас исследователи проверяют эту гипотезу. Понимание функции ленточного аппарата может иметь важное медицинское значение, поскольку известно, что его разборка способствует патогенезу при нейродегенеративных заболеваниях, раке и некоторых вирусных инфекциях.

"Разборка ленты участвует во многих человеческих патологиях, и, возможно, если мы поймём её функциональность, мы сможем лучше понять причины этих болезней", — заключает Ферраро.