Neue Studie deckt auf, wie veränderte Proteinfaltung die mehrzellige Evolution vorantreibt

Forscher haben einen Mechanismus entdeckt, der die Entwicklung mehrzelligen Lebens vorantreibt. Sie identifizieren, wie eine veränderte Proteinfaltung die mehrzellige Evolution vorantreibt.

In einer neuen Studie unter der Leitung von Forschern der Universität Helsinki und des Georgia Institute of Technology wandten sich Wissenschaftler einem Werkzeug namens experimenteller Evolution zu. Im Rahmen des Long-Term Evolution of Multizellulärity Experiments (MuLTEE) entwickeln Laborhefen neue mehrzellige Funktionen, sodass Forscher untersuchen können, wie sie entstehen.

Die Studie, veröffentlicht in Wissenschaftler machen Fortschrittebeleuchtet die Proteinregulation, um die Evolution zu verstehen.

„Indem diese Arbeit die Wirkung von Veränderungen auf Proteinebene zur Erleichterung evolutionärer Veränderungen aufzeigt, zeigt sie, warum die Kenntnis des genetischen Codes allein kein vollständiges Verständnis dafür liefert, wie Organismen adaptives Verhalten erwerben.“ Um ein solches Verständnis zu erreichen, ist die Kartierung des gesamten Flusses erforderlich der genetischen Informationen, die sich auf die umsetzbaren Zustände von Proteinen erstrecken, die letztendlich das Zellverhalten steuern“, erklärt außerordentlicher Professor Juha Saarikangas vom Institut. von Helsinki HiLIFE Life Sciences und der Fakultät für Bio- und Umweltwissenschaften der Universität Helsinki.

Schneeflockenhefe entwickelt in 3.000 Generationen robuste Körper, indem sie die Zellform verändert

Eine der wichtigsten vielzelligen Innovationen ist die Entstehung robuster Körper: Im Laufe von 3.000 Generationen waren diese „Schneeflockenhefen“ anfangs schwächer als Gelatine, entwickelten sich aber zu so stark und widerstandsfähig wie Holz.

Die Forscher identifizierten einen nichtgenetischen Mechanismus, der diesem neuen vielzelligen Merkmal zugrunde liegt und auf der Ebene der Proteinfaltung wirkt. Die Autoren fanden heraus, dass die Expression des Chaperonproteins Hsp90, das anderen Proteinen dabei hilft, ihre funktionelle Form zu erhalten, allmählich abnahm, da Schneeflockenhefe größere, widerstandsfähigere Körper entwickelte.

Es stellte sich heraus, dass Hsp90 als äußerst wichtiger Abstimmungsknopf fungierte und ein zentrales Molekül destabilisierte, das den Zellzyklusverlauf reguliert, wodurch sich die Zellen verlängerten. Diese längliche Form wiederum ermöglicht es den Zellen, sich umeinander zu wickeln und größere, mechanisch stärkere vielzellige Gruppen zu bilden.

„Es ist seit langem bekannt, dass Hsp90 Proteine ​​stabilisiert und ihnen hilft, sich richtig zu falten“, sagt Hauptautor Kristopher Montrose vom Institute of Life Sciences in Helsinki, Finnland. „Wir haben herausgefunden, dass geringfügige Veränderungen in der Funktion von Hsp90 tiefgreifende Auswirkungen nicht nur auf einzelne Zellen, sondern auch auf die Natur mehrzelliger Organismen selbst haben können.“

Weg zur adaptiven Evolution durch Veränderung der Proteinform

Aus evolutionärer Sicht beleuchtet diese Arbeit die Macht nichtgenetischer Mechanismen bei schnellen evolutionären Veränderungen.

„Wir neigen dazu, uns auf genetische Veränderungen zu konzentrieren und waren ziemlich überrascht, so große Veränderungen im Verhalten von Chaperon-Proteinen zu sehen. Dies zeigt, wie kreativ und unvorhersehbar die Evolution sein kann, wenn es darum geht, Lösungen für neue Probleme zu finden, wie zum Beispiel den Aufbau eines widerstandsfähigen Körpers, “, erklärt Professor Will. Ratcliff vom Georgia Institute of Technology.