От одиночных клеток к сложным организмам: новое исследование указывает на истоки многоклеточности животных

Исследование Чикагского университета проливает свет на ключевые инновации, позволившие появиться современным многоклеточным животным. Анализ белков, предсказанных по геномам животных и их близких родственников, показал, что животные эволюционировали более совершенный механизм деления клеток, который также способствует развитию многоклеточных тканей и зародышевой линии (герминативной линии).

Исследование "A key role for centralspindlin and Ect2 in the development of multicellularity and the emergence of Metazoa" опубликовано в Current Biology.

Позиционирование линии деления

Майкл Глотцер, профессор молекулярной генетики и клеточной биологии, изучает, как клетки определяют место деления. В центре внимания оказался набор из трёх белков — Kif23, Cyk4 и Ect2, — которые связываются друг с другом и со веретеном деления, участвуя в установлении плоскости деления. Два из них, Kif23 и Cyk4, образуют стабильный белковый комплекс centralspindlin, открытый более 20 лет назад.

Centralspindlin не только определяет место деления, но и создаёт мостик между двумя возникающими дочерними клетками. В соматических клетках (неполовых) эти мостики разрываются. Однако в зародышевой линии большинства животных клетки остаются соединёнными стабильными мостиками.

Поиск белков в эволюции

Анализ показал, что все ветви животных имеют все три этих белка. Использование платформы искусственного интеллекта AlphaFold позволило предсказать, что взаимодействия между этими белками, вероятно, консервативны у всех животных. Это говорит о том, что белки присутствовали уже в начале животного царства более 800 миллионов лет назад и с тех пор не претерпели драматических изменений.

При поиске у одноклеточных организмов родственные белки были обнаружены у хоанофлагеллят — ближайших одноклеточных родственников животных. AlphaFold предсказал, что некоторые из них могут образовывать комплекс, несколько похожий на centralspindlin, но явно отличный от него. Примечательно, что некоторые виды хоанофлагеллят, имеющие этот комплекс, также могут образовывать колонии путём неполного цитокинеза.

Выводы

• Эволюция трёх ключевых белков (Kif23, Cyk4, Ect2) и комплекса centralspindlin позволила как многоклеточность, так и формирование зародышевой линии — ключевых признаков животных.
• Одним из ранних шагов в эволюции животных, вероятно, стало формирование зародышевой линии благодаря способности клеток оставаться соединёнными после неполного деления.
• Генетическое изменение, нарушившее полное разделение клеток (подобное мутации, которую изучали в лаборатории), могло лежать в основе появления многоклеточной жизни.