Движущие силы эволюции, скрытые на виду

Исследование под руководством Европейского института биоинформатики (EMBL-EBI) и Вашингтонского университета показало, что биологическое разнообразие, необходимое для эволюции, может создаваться изменениями в модификациях белков. Результаты, опубликованные в Science, дают ценное представление о том, как разные виды адаптируются к разным средам, и могут пролить свет на то, как патогены эволюционируют и становятся устойчивыми к лекарствам.

Вопрос экспрессии

Исследования движущих сил генетического разнообразия в основном фокусировались на экспрессии генов. Однако учёные обнаружили, что хорошо известный клеточный механизм — посттрансляционная модификация (PTM) — также играет важную роль.

Белки контролируются другими белками посредством PTM. Один из типов PTM — фосфорилирование. В ходе эволюции PTM могут приобретаться через мутации, что позволяет белкам получать новые функции.

Предыдущие исследования показывали очень мало мутаций в белках родственных видов, поэтому PTM не считались основным фактором создания разнообразия. В новой работе группа обнаружила, что для изменения сайтов этих модификаций белков требуется всего несколько мутаций. Небольшое число изменений может иметь большое влияние на работу белков и клеток.

Постоянство изменений

Используя экспериментальные и вычислительные методы, исследователи реконструировали эволюционную историю сайтов фосфорилирования у 18 различных одноклеточных видов. Они определили, как долго существуют эти контрольные точки, когда они были приобретены и как быстро менялись у разных видов за миллионы лет.

Оказалось, что большинство сайтов фосфорилирования возникло относительно недавно в эволюции. Это указывает, что они являются частью того, что делает виды разными, и вносят основной вклад в эволюционное разнообразие.

Рак: эксперт по взлому замков

Разнообразие, создаваемое PTM, важно учитывать при борьбе с раком. Некоторые противоопухолевые препараты блокируют сигнальный путь роста опухоли, по сути, запирая белковую «дверь». Но путём мутаций рак находит способы создавать новые PTM и сигнальные события, фактически изготавливая миллионы разных «ключей». Большинство ключей будут бесполезны, но один рано или поздно подойдёт к замку, и опухоль снова начнёт расти.

Изучение роли PTM в эволюции также даёт более надёжную картину того, как сигнальные белки интегрируют и передают информацию внутри клетки. Это, в свою очередь, может открыть новые перспективные направления для терапевтических исследований.