Археи Асгарда проливают свет на развитие современного цитоскелета

от

Как жизнь перешла от простых микробных клеток к сложным структурированным клеткам, из которых состоят животные, растения и грибы? Новое исследование, опубликованное в The EMBO Journal, проливает свет на этот глубокий эволюционный вопрос. Учёные из Индийского института науки (IISc) предлагают новое понимание того, как цитоскелет — внутренний каркас клетки — мог эволюционировать из гораздо более простых начал у древних микробов.

Цитоскелет — это динамическая сеть белковых нитей, которая придаёт современным эукариотическим клеткам форму, обеспечивает их движение, помогает организовать внутренние компоненты и контролирует деление клеток.

У людей и других сложных организмов эта сеть состоит из тонких нитей, называемых актином, более толстых трубчатых нитей, называемых микротрубочками, и промежуточных нитей, образующих сложные молекулярные машины, поддерживаемые множеством других вспомогательных белков. Но происхождение самих цитоскелетных белков уходит корнями в микробный мир.

Современная эволюционная биология указывает на микробов, принадлежащих к археям Асгарда, обнаруженным в экстремальных условиях, таких как глубоководные отложения, как на ближайших живых родственниках всех эукариот. Эти археи несут белки, напоминающие те, что сегодня наблюдаются в цитоскелете современного эукариота, намекая на промежуточную стадию в эволюции современных цитоскелетных сетей.

В новой работе учёные из IISc объединились с исследовательскими группами из IISER Pune, NCBS и NISER и сосредоточились на виде архей Асгарда под названием Odinarchaeota yellowstonii, названном в честь скандинавского бога Одина, который был выделен из Йеллоустонского парка в США.

Они изучили два белка, FtsZ1 и FtsZ2, из семейства FtsZ, которые являются древними родственниками тубулина и образуют основной строительный блок микротрубочек в современных клетках.

Используя биохимический анализ и криоэлектронную микроскопию, команда обнаружила, что два белка ведут себя очень по-разному. OdinFtsZ1 образует изогнутые одиночные нити, похожие на те, что наблюдаются в кольцах, образуемых бактериями FtsZ во время деления клеток. OdinFtsZ2 собирается в стопки спиральных колец, придавая вид тубуле, образование, которое может напоминать примитивные микротрубочкоподобные структуры.

Примечательно, что белки также прикрепляются к клеточной мембране различными способами: один — напрямую с помощью спирального хвоста, а другой — с помощью адаптерного белка. Это предполагает раннюю форму «разделения труда» среди структурных белков, предвосхищая функциональную специализацию, наблюдаемую в современных цитоскелетах.

Сложность современного цитоскелета, вероятно, возникла в результате дупликации генов, специализации и кооперативного взаимодействия между системами филаментов. Результаты показывают, что этот процесс, возможно, уже начался у архей Асгарда. Эти два белка могли зафиксировать ключевой момент, когда простые нити диверсифицировались в многофункциональные сети — критический шаг на пути к сложному внутреннему каркасу эукариотических клеток.

Команда теперь стремится культивировать археи Асгарда в лаборатории, что позволит проводить прямые эксперименты по биологии клеток. Наблюдение за этими белками в живых клетках может дать беспрецедентное представление о том, как функционировали ранние цитоскелетные системы и как они подготовили почву для появления сложной жизни.

«Мы считаем, что эти белки сохраняют снимок древнего перехода», — говорит Сараванан Палани, доцент кафедры биохимии IISc и автор статьи. «Они связывают нити истории между простейшими микробными нитями и динамическими каркасами, которые поддерживают все высшие организмы».

Предоставлено Индийским институтом науки.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте