Эволюция белковой сети шла по пути удвоения существующих связей

Всегда интересно видеть результаты работы палеонтологов, которые восстанавливают облик давно вымерших животных. Но примерно тем же занимаются и биохимики с генетиками — правда, их результаты выглядят не столь эффектно, как «чучело» тираннозавра в натуральную величину. Эволюция касалась не только строения тела, изменению подвергались и молекулярные взаимоотношения между биологическими макромолекулами: белки в древнейших клетках взаимодействовали не так, как в клетках нынешних. А как?

На этот вопрос попытались ответить исследователи из Венского университета (Австрия). Лаборатория Томаса Раттеи совместно с коллегами из Нью-Йоркского городского университета (США) смоделировала развитие белковой сети. Отправной точкой для учёных стала известная теория о том, что эволюция часто идёт по пути удвоения (дупликации) генов. Белок почти никогда не работает в одиночку, ему всегда нужен партнёр — другой белок, который будет регулировать его работу, модулировать активность, передавать сигналы от других белков и т. д. С молекулярной точки зрения клетка — это сплошная сеть межбелковых взаимодействий. Но если ген, кодирующий белок, удвоился, то обе копии будут после этого взаимодействовать с одним и тем же партнёром. Потом функции копии могут измениться, но память о происхождении останется в межмолекулярных взаимодействиях.

Отсюда был сделан вывод, что модификации в белковой сети будут возникать не из-за появления новых связей, а из-за удвоения старых и последующего их расхождения. Чтобы восстановить древнюю белковую сеть, учёные использовали генетические данные самых разных организмов, которые охватывали все домены жизни, от бактерий и грибов до человека.

Собственно, учёные проверяли, можно ли упростить белковые сети эволюционно более молодых организмов до белковых сетей организмов старых и можно ли это сделать, исходя лишь из принципа удвоения генов.

Оказалось — можно: как пишут авторы работы в веб-журнале PLoS ONE, абсолютно новые узлы в белковой сети возникали крайне редко, в основном это были модификации «двойников». Эволюция белковой сети, таким образом, была чем-то похожа на рост фрактала: её новые ячейки появлялись как повторение старых.

Очевидно, принцип удвоения и последующей специализации есть общий принцип развития биологических систем, начиная с генов и заканчивая популяциями, и развитие белковых сетей — лишнее тому подтверждение.

Подготовлено по материалам Венского университета.