Neue Studie entdeckt, wie veränderte Proteinfaltung die mehrzellige Evolution vorantreibt

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

In einem neue Studie Unter der Leitung von Forschern der Universität Helsinki und des Georgia Institute of Technology wandten sich Wissenschaftler einem Werkzeug namens experimentelle Evolution zu. Im laufenden Multizellularitäts-Langzeitentwicklungsexperiment (MuLTEE) entwickeln Laborhefen neuartige multizelluläre Funktionen, die es Forschern ermöglichen, zu untersuchen, wie sie entstehen.

Die Studie, veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritterückt die Regulierung von Proteinen zum Verständnis der Evolution ins Rampenlicht.

„Indem diese Arbeit die Wirkung von Veränderungen auf Proteinebene auf die Erleichterung evolutionärer Veränderungen demonstriert, macht sie deutlich, warum die Kenntnis des genetischen Codes an sich kein vollständiges Verständnis dafür liefert, wie Organismen adaptive Verhaltensweisen erwerben. Um ein solches Verständnis zu erreichen, ist die Kartierung des gesamten Flusses genetischer Informationen erforderlich.“ , was sich bis hin zu den umsetzbaren Zuständen von Proteinen erstreckt, die letztendlich das Verhalten von Zellen steuern“, sagt außerordentlicher Professor Juha Saarikangas vom Helsinki Institute of Life Science HiLIFE und der Fakultät für Bio- und Umweltwissenschaften der Universität Helsinki.

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

Zu den wichtigsten vielzelligen Innovationen gehört die Entstehung robuster Körper: Über 3.000 Generationen hinweg war diese „Schneeflockenhefe“ anfangs schwächer als Gelatine, entwickelte sich aber zu einer Stärke und Zähigkeit wie Holz.

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 verringert wurde, da Schneeflockenhefe größere, widerstandsfähigere Körper entwickelte.

Es stellte sich heraus, dass Hsp90 als äußerst wichtiger Stellknopf fungierte und ein zentrales Molekül destabilisierte, das den Verlauf des Zellzyklus reguliert, wodurch die Zellen verlängert wurden. Diese längliche Form wiederum ermöglicht es den Zellen, sich umeinander zu wickeln und so größere, mechanisch widerstandsfähigere vielzellige Gruppen zu bilden.

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

Weg zur adaptiven Evolution durch Veränderung der Proteinformen

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 finden. Das unterstreicht, wie kreativ und unvorhersehbar die Evolution sein kann, wenn es darum geht, Lösungen für neue Probleme zu finden, wie etwa den Aufbau eines robusten Körpers“, sagt Professor Will Ratcliff vom Georgia Institute of Technology.