Исследование раскрывает эволюцию сигнальных сетей клеток у разных организмов
Клетки используют белковые сигнальные сети для обработки информации из окружающей среды. В статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), исследователи из Университета Канзаса объясняют, почему сети у бактерий так сильно отличаются от более сложных сетей у эукариот, таких как человек.
Ключевое различие в архитектуре сетей
- Сети человека очень сложные, с множеством взаимосвязанных путей, похожие на компьютерный чип. Это позволяет выполнять комплексную обработку сигналов и принятие решений.
- Бактериальные сети простые, с изолированными путями, похожие на телефонный провод, который напрямую соединяет вход и выход.
Причина различий — в «строительных блоках»
Глобальное различие в структуре сетей происходит от свойств ферментов, из которых они построены:
- В бактериях ферменты часто бифункциональны: один и тот же фермент катализирует как модификацию (например, фосфорилирование), так и демодификацию белкового субстрата.
- В клетках человека ферменты монофункциональны: за фосфорилирование отвечает киназа, а за дефосфорилирование — фосфатаза (разделение труда).
Последствия для эволюции сетей
Исследование показало, что бифункциональные ферменты становятся менее эффективными при работе с большим числом субстратов. Это мешает бактериальным сетям развивать высокий уровень «перекрёстных помех» (crosstalk) между путями, который характерен для эукариотических сетей. Монофункциональные ферменты, напротив, позволяют достичь высокого уровня crosstalk, создавая сложные интегрированные архитектуры.
Значение работы
- Понимание обработки информации в клетках человека может привести к более рациональным подходам в лечении сложных болезней, таких как рак.
- Для бактериальных систем это может помочь в разработке новых стратегий антибиотикотерапии и инженерии систем обработки информации.
- Следующая важная задача — понять, как именно сложные сети с высоким уровнем crosstalk функционируют в клетках человека.