Наследство имеет значение: Предковая протеаза работает как мотор для импорта белков в хлоропласты

Более 1 миллиарда лет назад предок всех растений вступил в симбиоз с цианобактерией. Клетка-хозяин поглотила, но не уничтожила бактерию, установив взаимовыгодные отношения. Симбионт снабжал хозяина энергией в виде сахаров от фотосинтеза и в итоге превратился в первый хлоропласт.

Современные хлоропласты сохраняют черты независимых организмов: собственную ДНК и двойную мембрану. В процессе эволюции многие гены хлоропластов переместились в ядерный геном, поэтому белки, кодируемые в ядре, должны импортироваться в хлоропласт через обе мембраны.

В 2013 году группа Масато Накаи из Университета Осаки открыла и охарактеризовала огромный транспортный канал (TIC) во внутренней мембране хлоропласта (Science, 339, 571–574). Однако моторный механизм, обеспечивающий сам импорт, оставался неизвестен.

Теперь в журнале The Plant Cell эта же команда в сотрудничестве с другими японскими исследователями сообщила об идентификации неуловимого моторного комплекса, необходимого для формирования хлоропластов.

Ключевые открытия:

• Обнаружен новый гигантский белковый комплекс, масса которого вдвое превышает массу TIC.
• Комплекс состоит из шести родственных белков и одного вспомогательного белка.
• Он функционирует как мотор для импорта, тесно взаимодействуя с каналом TIC.
• Все шесть основных компонентов эволюционировали из фермента-протеазы, который присутствовал у предковой цианобактерии-симбионта.

Эволюционный поворот: Фермент-предок занимался деградацией нежелательных белков, извлекая их из мембраны. В ходе эволюции протеолитическая функция была утрачена, но способность к извлечению белков сохранилась и была перепрофилирована для работы в качестве импортного мотора.

Исследователи полагают, что одновременное увеличение размеров компонентов TIC и нового мотора произошло на ранних этапах эволюции зеленых водорослей, возможно, для повышения эффективности импорта белков.

"Эти находки революционизируют молекулярную модель импорта белков в хлоропласты и помогают понять эволюцию хлоропластов растений и водорослей", — объясняет Масато Накаи.

Это понимание может помочь в биотехнологическом повышении эффективности фотосинтеза сельскохозяйственных культур или в использовании растений и водорослей в качестве "фабрик" для производства или хранения белков в их хлоропластах.