研究發(fā)現(xiàn)改變的蛋白質(zhì)折疊如何驅(qū)動多細(xì)胞進(jìn)化

研究人員發(fā)現(xiàn)了一種引導(dǎo)多細(xì)胞生命進(jìn)化的機制。他們確定了蛋白質(zhì)折疊改變是如何驅(qū)動多細(xì)胞進(jìn)化的。

在一項由赫爾辛基大學(xué)和佐治亞理工學(xué)院的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的新研究中，科學(xué)家們求助于一種叫做實驗進(jìn)化的工具。在正在進(jìn)行的多細(xì)胞長期進(jìn)化實驗(MuLTEE)中，實驗室酵母正在進(jìn)化出新的多細(xì)胞功能，使研究人員能夠研究它們是如何產(chǎn)生的。

這項研究將重點放在了理解進(jìn)化過程中蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié)上。

“通過證明蛋白質(zhì)水平變化對促進(jìn)進(jìn)化變化的影響，這項工作強調(diào)了為什么遺傳密碼本身的知識并不能完全理解生物體如何獲得適應(yīng)性行為。”“實現(xiàn)這樣的理解需要繪制整個遺傳信息流，一直延伸到最終控制細(xì)胞行為的蛋白質(zhì)的可操作狀態(tài)，”赫爾辛基生命科學(xué)研究所HiLIFE和赫爾辛基大學(xué)生物與環(huán)境科學(xué)學(xué)院的副教授Juha Saarikangas說。

酵母通過改變細(xì)胞形狀，在3000代中進(jìn)化出健壯的身體

最重要的多細(xì)胞創(chuàng)新之一是強健身體的起源:經(jīng)過3000代，這些“雪花酵母”開始比明膠弱，但進(jìn)化到像木頭一樣強壯和堅韌。

研究人員在這種新的多細(xì)胞特性的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了一種非遺傳機制，這種機制在蛋白質(zhì)折疊水平上起作用。作者發(fā)現(xiàn)，隨著雪花酵母進(jìn)化出更大、更堅硬的身體，幫助其他蛋白質(zhì)獲得其功能形狀的伴侶蛋白Hsp90的表達(dá)逐漸被抑制。事實證明，Hsp90充當(dāng)了一個至關(guān)重要的調(diào)節(jié)旋鈕，破壞了一個調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)程的中心分子的穩(wěn)定，導(dǎo)致細(xì)胞變長。這種細(xì)長的形狀反過來又使細(xì)胞相互纏繞，形成更大的、機械上更堅韌的多細(xì)胞群。

來自芬蘭赫爾辛基生命科學(xué)研究所的首席作者克里斯托弗·蒙特羅斯解釋說:“Hsp90一直被認(rèn)為可以穩(wěn)定蛋白質(zhì)并幫助它們正確折疊。”“我們發(fā)現(xiàn)，Hsp90運作方式的微小改變不僅會對單細(xì)胞產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，還會對多細(xì)胞生物的本質(zhì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。”

通過改變蛋白質(zhì)形狀實現(xiàn)適應(yīng)性進(jìn)化的途徑

從進(jìn)化的角度來看，這項工作突出了非遺傳機制在快速進(jìn)化變化中的作用。

“我們傾向于關(guān)注遺傳變化，并且非常驚訝地發(fā)現(xiàn)伴侶蛋白的行為發(fā)生了如此大的變化。這強調(diào)了在尋找解決新問題的方法時，進(jìn)化是多么具有創(chuàng)造性和不可預(yù)測，比如建立一個強壯的身體。美國佐治亞理工學(xué)院的威爾·拉特克利夫教授說。

這項研究是由人類前沿科學(xué)計劃的研究經(jīng)費資助的。

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