Молекула из древних клеток может пролить новый свет на размножение
В новом исследовании ученых представлена теория о том, что слияние яйцеклеток и сперматозоидов, важнейшая особенность полового размножения у растений и животных, могло возникнуть в результате древней формы генетического обмена, которая включала слияние бактериоподобных микроорганизмов, называемых археями. Результаты могут открыть совершенно новый взгляд на эволюцию пола.
«Архейные белки с активностью слияния мембран могут помочь нам понять, как клетки эволюционировали от, казалось бы, простых форм, разделяющих отдельные фрагменты ДНК, до современных сложных форм жизни, осуществляющих половое размножение», — объясняет Шунсуке Нисио, один из авторов исследования.
Слияние яйцеклетки и сперматозоида, специализированных клеток, несущих генетическую информацию для следующего поколения, является кульминацией полового размножения. Поскольку неконтролируемое слияние клеток смертельно, растения и животные используют специальные белки, называемые фузогенами, чтобы контролировать, когда и как происходит этот процесс слияния.
В новом исследовании сообщается, что археи, бактериоподобные клетки, которые, как считается, возникли более 3 миллиардов лет назад, могут содержать белок (Fusexin 1 или Fsx1), который напоминает тип фузогена (HAP2), который ранее был идентифицирован в вирусах, растениях и беспозвоночных животных.
Исследователи объединили вычислительную эволюционную биологию, моделирование белков на основе нейросети AlphaFold, рентгеновскую кристаллографию и функциональные исследования, чтобы показать, что архейный белок Fsx1 является настоящим фузогеном. Это связано с тем, что он структурно подобен ранее идентифицированному фузогену HAP2 и может способствовать слиянию клеток при экспрессии в других типах клеток.
«Слияние гамет интересовало человечество более 150 лет. Поскольку мы уже знали, что HAP2-подобные белки используются для слияния мембран оболочечных вирусов (таких как вирусы Зика или денге) с клетками-хозяевами, мы задались вопросом, возникла ли эта ключевая молекула в вирусе, а затем была перепрофилирована для слияния гамет растений и животных или наоборот», — говорят ученые.
Открытие того, что древние существа, такие как археи, также могут содержать HAP2-подобный белок, теперь поднимает третью интригующую возможность, согласно которой Fusexin1 является наследственной молекулой, из которой происходят фузогены вирусов, растений и беспозвоночных животных.
Следующим шагом будет выяснение того, что делают белки Fsx1 в природе, например, соединяют ли они архейные клетки — подобно тому, как их аналоги HAP2 растений и животных соединяют гаметы, — чтобы способствовать обмену ДНК, подобному половому.
Параллельные исследования также будут необходимы для точного определения эволюционной истории, соединяющей Fsx1 и HAP2, чтобы твердо установить их происхождение.
Статья об исследовании была опубликована в Nature Communications.