«Это исследование посвящено пониманию того, как работает эволюция, которая показывает, как виды приспосабливаются к меняющейся среде на протяжении многих поколений», — говорит Педро Бельтрао, руководитель исследовательской группы EMBL-EBI. «Например, когда вы сравниваете людей и шимпанзе, они, очевидно, разные, хотя значительная часть их генетического состава более или менее одинакова. Наша задача — выяснить, как генерируется разнообразие, чтобы мы могли подробно рассмотреть как развивается жизнь. Это помогает нам понять, как растения и животные приспосабливаются и изменяются, и как рак или бактерии находят способ обойти лекарства ».
Вопрос выраженияИсследования движущих сил генетического разнообразия в основном сосредоточены на экспрессии генов, которая контролирует, сколько данного белка будет производиться, когда и в какой ткани. Однако исследователи обнаружили, что хорошо известный клеточный механизм — тот, который контролирует, как белки приобретают новые функции, — также играет важную роль.
Белки контролируются другими белками посредством «посттрансляционной модификации» (PTM). Одним из типов PTM является фосфорилирование: быстрый и универсальный механизм регуляции белков.
В ходе эволюции ПТМ могут быть приобретены посредством мутаций, что позволяет белкам приобретать новые функции, включаться или выключаться в разное время и перемещаться в разные места в клетке.Предыдущие исследования, сравнивающие белки у родственных видов, показали очень мало мутаций, поэтому ПТМ не считались основным фактором создания разнообразия. В сегодняшнем исследовании группа обнаружила, что на самом деле требуется всего несколько мутаций, чтобы изменить эти сайты модификации белка.
Другими словами, небольшое количество изменений может иметь большое влияние на работу белков и клеток.«Эти мутации были скрыты у всех на виду — мы могли видеть их все время, но не знали, что они могут иметь такие серьезные последствия», — говорит Бельтрао. «Мы видим это только сейчас, после многих лет разработки и совершенствования новых экспериментальных методов».Изменение — это константа
Используя экспериментальные и вычислительные методы, исследователи реконструировали эволюционную историю сайтов фосфорилирования — модификаций, которые могут контролировать белки — у 18 различных одноклеточных видов. Они определили, как долго существуют эти контрольные точки, когда они были получены и как быстро они менялись у разных видов за миллионы лет.Группа обнаружила, что большинство сайтов фосфорилирования возникли относительно недавно в эволюции, что указывает на то, что они являются частью того, что отличает виды от других, и вносит основной вклад в эволюционное разнообразие."Если вид должен адаптироваться к новым условиям, он должен генерировать большое разнообразие на протяжении многих поколений, чтобы у эволюции было множество вариантов для выбора.
Один из способов сделать это — через изменения в экспрессии генов, но изменения при фосфорилировании одинаково эффективны », — поясняет Бельтрао.Рак: опытный взломщик замковРазнообразие, создаваемое ПТМ, является важным фактором в борьбе с раком. Некоторые лекарства от рака останавливают опухоль, блокируя сигнальный путь, который позволяет опухоли расти, эффективно блокируя белковые «двери».
Но благодаря мутациям рак находит способы создавать новые PTM и сигнальные события, эффективно производя миллионы различных ключей. Большинство ключей будут бесполезны, но в конечном итоге один из них обязательно войдет в замок, и опухоль может снова начать расти.
«Изучение роли ПТМ в эволюции также дает гораздо более надежную картину того, как сигнальные белки интегрируют и передают информацию внутри клетки», — добавляет Белтрао. «Это, в свою очередь, может открыть новые захватывающие возможности для терапевтических исследований».
