Паразиты раскрывают, как эволюция сформировала древнюю ядерную структуру

Ядро — ключевая структура, отличающая эукариот. Все молекулы проходят через него благодаря ядерному поровому комплексу (ЯПК).

Учёные Майкл Раут и Брайан Чейт с коллегами почти два десятилетия изучают ЯПК. Они впервые описали его компоненты у дрожжей в 2000 году и представили черновую структуру в 2007. У дрожжей и человека ЯПК состоит из внутреннего кольца, зажатого между двумя внешними. Асимметричное распределение белков в этих кольцах помогает задать направленность транспорта.

Считалось, что архитектура комплекса универсальна для всех эукариот. Однако исследователь Сэмсон Обадо из лаборатории Раута обнаружил вид эукариот с уникальной структурой пор. Результаты опубликованы в феврале в PLoS Biology.

Обадо исследовал трипаносом — паразитов, вызывающих сонную болезнь и болезнь Шагаса. Они отделились от линии, ведущей к дрожжам, человеку и растениям, около 1,5 миллиардов лет назад, близко ко времени последнего общего предка всех эукариот.

"Необычная и своеобразная"

"Трипаносомы имеют необычную молекулярную биологию. Например, процесс транскрипции генов в mRNA у них сильно отличается от классических моделей. Из-за их эволюционной удалённости нельзя просто искать гены, похожие на дрожжевые или человеческие", — говорит Обадо.

Команда Раута, Чейта и Марка Филда из Университета Данди идентифицировала компоненты ЯПК трипаносом, последовательно очищая каждый белок и его белковых соседей. С помощью электронной микроскопии они определили расположение ключевых компонентов и получили первую полную картину структуры поры трипаносома.

Уникальная симметрия и эволюционные выводы

Результаты показали:

• Архитектура внутреннего кольца ЯПК у трипаносом, дрожжей, растений и позвоночных фундаментально схожа, что указывает на её древнее происхождение.
• Механизм крепления ЯПК к ядерной оболочке у трипаносом уникален.
• Внешнее кольцо менее консервативно в эволюции и содержит новые, ранее не виданные компоненты.
• Главное отличие: ЯПК трипаносом демонстрирует почти полную симметрию компонентов и лишён почти всех белков, создающих асимметрию у дрожжей и человека. Направленность транспорта, вероятно, задают растворимые белки в ядре и цитоплазме.

Эти различия могут стать терапевтической мишенью для борьбы с паразитами, не вредя собственным транспортным механизмам человека.

Открытия также поддерживают "гипотезу протокоатомера", выдвинутую Раутом и коллегами. Она предполагает, что ядерная пора и оболочка имеют общего предка со структурами, формирующими "чехлы" на других мембранных структурах клетки (аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум). Компоненты ЯПК трипаносом сохраняют черты таких "чехлов".

Поскольку внутреннее ядро ЯПК трипаносом структурно сохранено и похоже на таковое у других эукариот, учёные полагают, что оно представляет собой исходные единицы более простого ЯПК, существовавшего до последнего общего предка всех эукариот. Это может дать новые ключи к пониманию того, как изначально эволюционировало ядро.