Η νέα μελέτη ανακαλύπτει πόσο μεταβαλλόμενη αναδίπλωση πρωτεΐνης οδηγεί πολυκύτταρο εξέλιξη

Μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature αποκαλύπτει πώς οι μεταβολές της αναδίπλωσης πρωτεϊνών, ιδιαίτερα εκείνων που αφορούσαν το σχηματισμό δισουλφιδικών δεσμών, διαδραμάτισαν καθοριστικό ρόλο στην εξέλιξη της πολυκυτταρίας. Η έρευνα, που διεξάγεται από μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, το Μπέρκλεϊ, φωτίζει τους μοριακούς μηχανισμούς που αποτελούν τη μετάβαση της μετάβασης από απλούς, μονοκύτταρους οργανισμούς σε πολύπλοκους, πολυκύτταρους οργανισμούς.

Η πολυσυζητικότητα, η ικανότητα των οργανισμών να σχηματίζουν σύνθετες δομές που αποτελούνται από πολλά εξειδικευμένα κύτταρα, είναι ένα σημαντικό εξελικτικό ορόσημο που επέτρεψε την ανάπτυξη διαφορετικών μορφών ζωής. Ωστόσο, οι μοριακοί μηχανισμοί που οδήγησαν στην εξέλιξη της πολυκυτταρικής ικανότητας παρέμειναν κακώς κατανοητές. Οι δισουλφιδικοί δεσμοί, οι ομοιοπολικοί χημικοί δεσμοί που σχηματίζουν μεταξύ δύο υπολειμμάτων αμινοξέων κυστεΐνης, παίζουν κρίσιμους ρόλους στη δομή της πρωτεΐνης και τη σταθερότητα. Βρέθηκαν να εμπλουτίζονται σημαντικά στις πρωτεΐνες προσκόλλησης κυττάρων-κυττάρων και σε άλλες πρωτεΐνες που εμπλέκονται στις αλληλεπιδράσεις κυττάρων προς κύτταρο σε πολυκύτταρους οργανισμούς.

Για να διερευνηθεί περαιτέρω ο ρόλος των δεσμών αναδίπλωσης πρωτεϊνών και δισουλφιδικών δεσμών σε πολυκυτταρική φύση, η ερευνητική ομάδα διεξήγαγε πειράματα στο ζυμομύκητα Saccharomyces cerevisiae, ένας μονοκύτταρος μύκητας που στερείται της ικανότητας να σχηματίζουν δισουλφιδικούς δεσμούς στο ενδοπλασματικό reticulum (ER)

Χρησιμοποιώντας τεχνικές γενετικής μηχανικής, οι ερευνητές εισήγαγαν μηχανήματα σχηματισμού δεσμών δισουλφιδίου στο ER των κυττάρων ζύμης. Αυτό επέτρεψε στα κύτταρα να σχηματίσουν δισουλφιδικούς δεσμούς, οι οποίοι πυροδότησαν έναν διακόπτη σε πρότυπα αναδίπλωσης πρωτεϊνών που ήταν συγκρίσιμα με αυτά που παρατηρήθηκαν σε πολυκύτταρους οργανισμούς. Είναι σημαντικό ότι αυτά τα τροποποιημένα κύτταρα ζυμομυκήτων κέρδισαν την ικανότητα να σχηματίζουν συσσωματώματα κυττάρων-κυττάρων που μοιάζουν με στοιχειώδεις πολυκυτταρικές δομές.

Αυτά τα ευρήματα παρέχουν ισχυρές ενδείξεις για έναν αιτιώδη ρόλο των μεταβολών αναδίπλωσης πρωτεϊνών, συγκεκριμένα για την ενσωμάτωση δισουλφιδικών δεσμών, στην εξέλιξη της πολυκυτταρικής προστασίας. Με την αλλαγή του τοπίου αναδίπλωσης πρωτεΐνης, η ενσωμάτωση δισουλφιδικών δεσμών διευκόλυνε την εμφάνιση πρωτεϊνών με αυξημένη πολυπλοκότητα, σταθερότητα και ιδιότητες προσκόλλησης. Αυτές οι αλλαγές, με τη σειρά τους, επέτρεψαν την ανάπτυξη αλληλεπιδράσεων κυττάρου-κυττάρου και τον σχηματισμό πολυκυτταρικών δομών, ξεκλειδώνοντας νέες δυνατότητες για την κυτταρική εξειδίκευση και την εξέλιξη σύνθετων οργανισμών.

Η σημασία της μελέτης εκτείνεται πέρα ​​από τη σφαίρα της εξελικτικής βιολογίας. Προσφέρει μια βαθύτερη κατανόηση των μοριακών βάσεων της πολυκυτταρικής ικανότητας, οι οποίες θα μπορούσαν να ενημερώσουν τη μελλοντική έρευνα σχετικά με τη μηχανική των ιστών, την αναγεννητική ιατρική και το σχεδιασμό συνθετικών πολυκυτταρικών συστημάτων.