Ny undersøgelse opdager, hvordan ændret proteinfoldning driver multicellulær evolution

En ny undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nature afslører, hvordan ændringer i proteinfoldning, især dem, der involverer dannelsen af ​​disulfidbindinger, spillede en afgørende rolle i udviklingen af ​​multicellularitet. Forskningen, udført af et team af forskere fra University of California, Berkeley, kaster lys over de molekylære mekanismer, der ligger til grund for overgangen fra simple, encellede organismer til komplekse, flercellede organismer.

Multicellularitet, organismers evne til at danne komplekse strukturer sammensat af mange specialiserede celler, er en vigtig evolutionær milepæl, der muliggjorde udviklingen af ​​forskellige livsformer. Imidlertid er de molekylære mekanismer, der drev udviklingen af ​​multicellularitet, forblevet dårligt forstået. Disulfidbindinger, kovalente kemiske bindinger, der dannes mellem to cysteinaminosyrerester, spiller kritiske roller i proteinstruktur og stabilitet. De viste sig at være signifikant beriget i celle-celle-adhæsionsproteiner og andre proteiner involveret i celle-til-celle-interaktioner i multicellulære organismer.

For yderligere at undersøge rollen af ​​proteinfoldning og disulfidbindinger i multicellularitet, udførte forskerholdet eksperimenter på gæren Saccharomyces cerevisiae, en encellet svamp, der mangler evnen til at danne disulfidbindinger i det endoplasmatiske reticulum (ER), det cellulære rum, hvor de fleste proteiner er foldet og modificeret.

Ved hjælp af gensplejsningsteknikker introducerede forskerne disulfidbindingsdannelsesmaskineri i ER af gærceller. Dette gjorde det muligt for cellerne at danne disulfidbindinger, hvilket udløste et skifte i proteinfoldningsmønstre, der var sammenlignelige med det, der blev observeret i flercellede organismer. Det er vigtigt, at disse modificerede gærceller fik evnen til at danne celle-celleaggregater, der lignede rudimentære flercellede strukturer.

Disse resultater giver stærke beviser for en kausal rolle af proteinfoldningsændringer, specifikt inkorporeringen af ​​disulfidbindinger, i udviklingen af ​​multicellularitet. Ved at ændre proteinfoldningslandskabet lettede inkorporeringen af ​​disulfidbindinger fremkomsten af ​​proteiner med øget kompleksitet, stabilitet og adhæsionsegenskaber. Disse ændringer muliggjorde igen udviklingen af ​​celle-celle-interaktioner og dannelsen af ​​multicellulære strukturer, hvilket åbnede nye muligheder for cellulær specialisering og udviklingen af ​​komplekse organismer.

Undersøgelsens betydning strækker sig ud over den evolutionære biologis område. Det giver en dybere forståelse af den molekylære underbygning af multicellularitet, som kan informere fremtidig forskning om vævsteknologi, regenerativ medicin og design af syntetiske multicellulære systemer.