Случайная мутация и изменение белка связаны с началом многоклеточной жизни

Понадобилась всего одна мутация более 600 миллионов лет назад. Это случайное событие привело к появлению новой функции белка, которая помогла нашему одноклеточному предку совершить переход к организованному многоклеточному организму.

Такой сценарий, воссозданный с помощью молекулярных "путешествий во времени", возник в ходе фундаментального исследования в лаборатории биохимика Кена Преходы из Университета Орегона.

Мутация и вызванное ею изменение во взаимодействиях белков подробно описаны в журнале eLife.

Исследование помогает ответить на несколько важных вопросов об эволюции, а также имеет значение для изучения таких болезненных состояний, как рак, когда повреждённые клетки перестают сотрудничать с другими клетками организма и возвращаются к одноклеточному состоянию.

"Белки — это рабочие лошадки наших клеток. Но как белок, выполняющий одну задачу, эволюционирует для выполнения другой? Наша работа показывает, что новые функции белков могут развиваться в результате очень небольшого числа мутаций. В данном случае потребовалась всего одна", — пояснил Прехода.

Исследование началось с изучения хоанофлагеллат — свободноживущих одноклеточных организмов, считающихся ближайшими живыми родственниками животных. Они существуют как в одиночной форме, так и в виде многоклеточных колоний.

Затем команда использовала метод реконструкции предковых белков. Используя секвенирование генов и вычислительные методы для движения назад по эволюционному древу, учёные могут увидеть молекулярные изменения и понять, как функционировали белки в глубоком прошлом. В работе были использованы последовательности генов более чем 40 других организмов.

Исследователи идентифицировали мутацию, которая сыграла важную роль, открыв дверь для появления организованных многоклеточных животных, которым в конечном итоге больше не понадобились хвосты.

Они также обнаружили, что жгутик хоанофлагеллат критически важен для организации её многоклеточной колонии, что предполагает аналогичную роль в переходе нашего одноклеточного предка к многоклеточному образу жизни.

Команда предполагает, что роль хвоста стала менее важной, когда ген фермента удвоился в клетках, и одна мутация позволила одной из копий помочь в ориентации и расположении вновь образованных клеток. Белковый домен, возникший в результате этой мутации, сегодня обнаруживается во всех геномах животных и их близких одноклеточных родственников, но отсутствует у других форм жизни.

"Эта мутация — одно небольшое изменение, которое резко изменило функцию белка, позволив ему выполнять совершенно другую задачу. Можно сказать, что животные очень полюбили эти белки, потому что сейчас внутри нас их более 70", — сказал Прехода.