Naukowcy odkryli mechanizm sterujący ewolucją życia wielokomórkowego. Ustalili, w jaki sposób zmienione fałdowanie białek napędza ewolucję wielokomórkową.

W nowym badaniu prowadzonym przez naukowców z Uniwersytetu Helsińskiego i Georgia Institute of Technology naukowcy sięgnęli po narzędzie o nazwie eksperymentalna ewolucja. W ramach trwającego długoterminowego eksperymentu ewolucji wielokomórkowości (MuLTEE) drożdże laboratoryjne rozwijają nowe funkcje wielokomórkowe, umożliwiając naukowcom zbadanie, w jaki sposób powstają.

Badanie kładzie nacisk na regulację białek w zrozumieniu ewolucji.

„Pokazując wpływ zmian na poziomie białek na ułatwianie zmian ewolucyjnych, praca ta podkreśla, dlaczego wiedza o kodzie genetycznym sama w sobie nie zapewnia pełnego zrozumienia, w jaki sposób organizmy nabywają zachowania adaptacyjne. Osiągnięcie takiego zrozumienia wymaga mapowania całego przepływu informacji genetycznej , rozciągając się aż do aktywnych stanów białek, które ostatecznie kontrolują zachowanie komórek”, mówi profesor nadzwyczajny Juha Saarikangas z Helsińskiego Instytutu Nauk Przyrodniczych HiLIFE oraz Wydziału Nauk Biologicznych i Środowiskowych Uniwersytetu Helsińskiego.

Drożdże płatkowe rozwijają solidne ciała w ciągu 3000 pokoleń, zmieniając kształt komórek

Do najważniejszych innowacji wielokomórkowych należy pochodzenie wytrzymałych ciał: w ciągu 3000 pokoleń te „drożdże typu płatki śniegu” początkowo były słabsze od żelatyny, ale ewoluowały, stając się mocne i wytrzymałe jak drewno.

Naukowcy zidentyfikowali mechanizm niegenetyczny leżący u podstaw tej nowej cechy wielokomórkowej, która działa na poziomie zwijania białek. Autorzy odkryli, że ekspresja białka opiekuńczego Hsp90, które pomaga innym białkom w uzyskaniu ich funkcjonalnego kształtu, była stopniowo zmniejszana w miarę ewolucji drożdży płatkowych, większych i twardszych. Okazuje się, że Hsp90 zadziałało jak niezwykle ważne pokrętło dostrajające, destabilizując centralną cząsteczkę regulującą przebieg cyklu komórkowego, powodując wydłużanie się komórek. Z kolei ten wydłużony kształt pozwala komórkom owijać się wokół siebie, tworząc większe, bardziej wytrzymałe mechanicznie grupy wielokomórkowe.

„Od dawna wiadomo, że Hsp90 stabilizuje białka i pomaga w ich prawidłowym fałdowaniu” – wyjaśnia główny autor Krzysztofa Montrose’az Helsińskiego Instytutu Nauk Przyrodniczych w Finlandii. „Odkryliśmy, że niewielkie zmiany w działaniu Hsp90 mogą mieć głęboki wpływ nie tylko na pojedyncze komórki, ale na samą naturę organizmów wielokomórkowych”.

Droga do ewolucji adaptacyjnej poprzez zmianę kształtów białek

Z ewolucyjnego punktu widzenia praca ta podkreśla siłę mechanizmów niegenetycznych w szybkich zmianach ewolucyjnych.

„Mamy tendencję do skupiania się na zmianach genetycznych i byliśmy dość zaskoczeni, gdy odkryliśmy tak duże zmiany w zachowaniu białek opiekuńczych. To podkreśla, jak kreatywna i nieprzewidywalna może być ewolucja w znajdowaniu rozwiązań nowych problemów, takich jak budowanie mocnego ciała” – mówi profesor Willa Ratcliffa z Georgia Institute of Technology w USA.

Badanie to zostało sfinansowane z grantu badawczego z programu Human Frontier Science Program.