Слизь повсюду: новое исследование её происхождения проливает свет на генетическую эволюцию
Слизь (муцин) формирует консистенцию жидкостей организма, защищает от патогенов и необходима для сложных форм жизни. Однако её эволюционное происхождение оставалось неясным.
Что такое муцины?
Слизь состоит из белков муцинов — длинных жёстких стержней, к которым прикреплены молекулы сахара, образуя сложные щеткоподобные структуры. Эти повторяющиеся структуры позволяют муцинам склеиваться и менять свойства жидкостей на липкие и слизистые.
Эволюция слизи
Исследователи изучили геномы 49 видов млекопитающих, чтобы найти общих генетических предков муцинов. Первоначальная гипотеза о том, что новые муцины возникают путём копирования и вставки существующих генов, оказалась неполной.
Было обнаружено 15 случаев появления новых генов муцинов у разных млекопитающих, не связанных с известными семействами муциновых генов ("гены-сироты"). Однако выяснилось, что эти гены родственны другим богатым аминокислотой пролином белкам слюны, которые сами по себе не образуют слизь.
Ключевое отличие — наличие у муцинов повторяющихся сегментов гликопротеинов, которые связывают сахара. Исследование показало, что последовательности генов муцинов и богатых пролином белков высоко схожи. Разница лишь в наличии этих повторов. Это означает, что определённые белки могут превращаться в муцины просто путём добавления копий повторяющихся сегментов.
Роль повторяющейся ДНК в эволюции
Создание повторяющихся генетических последовательностей с нуля оказалось главным двигателем эволюции муцинов. Предыдущая работа с приматами предполагает, что именно количество этих сахаросвязывающих повторов может определять различия между муцинами.
Такие тандемные повторы — распространённый тип мутации в геноме человека, и их нераскрытая роль в биологических вариациях между людьми требует дальнейшего изучения.
Муцины и здоровье человека
Нарушение работы муцинов приводит к заболеваниям:
- При мутации гена CFTR развивается муковисцидоз — неспособность очистить слизь из лёгких.
- Нарушение регуляции муцинов связано с развитием рака.
Понимание механизмов работы муцинов открывает новые пути для исследования этих болезней.