Как многоклеточные научились управлять своими клетками

Прототип молекулярного «пульта управления», с помощью которого многоклеточные управляют своими клетками, есть и у некоторых одноклеточных.

Переход от одноклеточного существования к многоклеточному поставил перед живыми организмами непростую задачу – им нужно было научиться управлять всеми своими клетками так, чтобы они не разбежались и не мешали друг другу.

Амёбы Capsaspora owczarzaki. (Фото Inaki Ruiz-Trillo / Flickr.com)
Компания амёб Capsaspora owczarzaki крупным планом. (Фото Inaki Ruiz-Trillo / Flickr.com.)

У современных многоклеточных есть сложная система молекулярных сигналов, с помощью которых клетки общаются между собой: такие сигналы нужны для распределения обязанностей в ходе индивидуального развития (то есть чтобы нейрон стал нейроном, а мышечная клетка – мышечной клеткой), для согласованного ответа в случае неблагоприятных обстоятельств и т. д. Одноклеточным – разнообразным амёбам, инфузориям, фораминиферам и прочим – всё это как будто не нужно по определению, и возникает вопрос, как возникла система управления многоклеточностью – не могла же она упасть с неба.

Однако мы знаем много примеров, когда какое-то приспособление, какая-то молекулярная или структурная уловка в ходе эволюции перепрофилировалась, «модернизировалась» и начинала служить иным задачам. И молекулярно-генетический «пульт управления» множеством клеток на самом деле мог в каком-то виде существовать у одноклеточных. Но для чего он был бы им нужен? Например, для регуляции разных жизненных стадий.

В статье в Developmental Cell исследователи из Университета Помпеу Фабра рассказывают про амёбу Capsaspora owczarzaki, которая живёт в качестве симбионта в крови (точнее, в гемолимфе) у одной тропической пресноводной улитки. Амёбы в течение жизни проходят через несколько состояний, время от времени собираясь вместе. Очевидно, в зависимости от жизненной стадии у них меняется активность генов, а значит, и набор белков, кодируемых этими генами. Более того, поведение самих белков тоже может меняться.

Активность белков часто зависит от фосфорилирования: когда к белковой молекуле присоединяется или отсоединяется остаток фосфорной кислоты (фосфат), то модифицированная молекула «просыпается» и начинает что-то активно делать или, наоборот, «засыпает». Ферменты, которые навешивают фосфаты на другие белки, называются киназами, и их существует великое множество: они специализируются на разных белках и даже на различных участках внутри одной и той же крупной белковой молекулы, которая, грубо говоря, с разных боков может быть промодифицирована разными киназами. Короче говоря, эти ферменты выполняют очень много сигнально-координирующей работы – как внутри клеток, так и между клетками.

Как оказалось, амёбы C. owczarzaki, переходя из одной стадии в другую, меняют активность генов и ферментов-киназ подобно тому, как оно происходит у многоклеточных. Правда, у многоклеточных различия эти мы видим здесь и сейчас, переходя от одной ткани к другой, от одного органа к другому. Амёбы же используют сходные сигналы при смене фаз жизненного цикла.

В частности, авторы работы описывают изменения амёбных тирозиновых киназ (ферментов, модифицирующих остатком фосфорной кислоты аминокислоту тирозин в белках), которые у многоклеточных широко используются для обмена сообщениями между клетками и которые у одноклеточных, вообще-то, мало активны – просто в силу их одноклеточности. Однако C. owczarzaki мало того, что используют тирозиновые киназы в течение всей жизни – активность ферментов ещё и меняется в зависимости от того, на каком этапе жизни находится амёба.

Пример C. owczarzaki говорит о том, что, по крайней мере, у некоторых одноклеточных есть некоторые наработки, которые, при некотором усовершенствовании могут быть использованы для одновременного управления множеством клеток, составляющих многоклеточный организм. Возможно, нечто подобное можно найти и у других простейших, которые склонны время от времени собираться вместе (вроде слизевиков, которые служат одним из самых распространённых объектов у исследователей, занимающихся вопросами становления многоклеточности).

Также возможно, что в далёком прошлом таким одноклеточным было проще сделать решающий шаг и превратиться в первые многоклеточные организмы. И не стоит так уж удивляться ситуации, когда у относительно простых существ на молекулярном уровне есть «заготовки» для возможного усложнения.

Два года назад мы писали о том, что у примитивных позвоночных во время эмбрионального развития гены работают так, как если бы их мозг был намного сложнее, чем он есть на самом деле, а ещё несколькими годами ранее в журнале Nature выходила работа, в которой говорилось, что у полухордовых животных с очень простой нервной системой есть комплекс сигнальных белков, необходимых для формирования сложного дифференцированного мозга, свойственного хордовым.

По материалам ScienceNews.

21 Октября 2016

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: nkj.ru

Читайте также:

Мозг позвоночных формируется по заранее созданным чертежам

Мозг позвоночных формируется по заранее созданным чертежамУ примитивных позвоночных во время эмбрионального развития гены работают так, как если бы их мозг был намного сложнее, чем он есть на самом деле.

Читать целиком

Случайная статья

Товар добавлен в корзину

Оформить заказ

или продолжить покупки