Новое исследование Сент-Эндрюсский университет помог разрешить одну из важнейших загадок, касающихся эволюции позвоночных, к которым относятся все млекопитающие, рыбы, рептилии и земноводные. Это открытие было описано в статье, опубликованной в BMC Biology, исследователи обнаружили интригующую закономерность в эволюции генов, которая имеет большое значение для эволюционного происхождения и диверсификации позвоночных.
Каждое животное обладает фундаментальными сигнальными путями, обеспечивающими взаимодействие клеток и регулирование жизненно важных процессов, включая формирование эмбрионов и органов. Эти сигнальные пути критически важны для развития животных и часто становятся объектом мутаций, приводящих к болезням, а также перспективными целями при создании лекарственных средств.
Белковые компоненты сигнальных путей имеют решающее значение, так как они регулируют финальный итог, определяя, как клетки будут реагировать и какие гены будут активированы.
Полученные учеными свежие сведения касаются порядка расположения генов у асцидий, миног и определенного вида лягушек. Анализ показал, что гены, контролирующие синтез сигнальных белков, претерпели эволюционные изменения. Асцидии, являющиеся беспозвоночными, способствовали определению модификаций, возникших в процессе эволюции от беспозвоночных к позвоночным. Миноги, представляющие собой древнюю линию позвоночных, подтверждают, что данное изменение произошло на ранних этапах перехода от беспозвоночных к позвоночным.
Применение метода секвенирования длинноволновой ДНК дало исследователям возможность дифференцировать различные транскрипты каждого гена. Ранее данный метод не использовался для изучения генов, экспрессируемых у этих животных. Благодаря этому, ученые впервые смогли охарактеризовать фактический набор транскриптов и белков, синтезируемых этими генами в ходе развития позвоночных.
По сравнению с беспозвоночными, такими как асцидия, миноги и лягушки синтезируют более разнообразный набор белковых молекул из отдельных генов, отвечающих за сигнальные пути, чем другие группы генов.
Эволюционное преобразование позвоночных представляет собой поистине впечатляющее явление. Поскольку эти пути развития имели ключевое значение для формирования у животных различных типов клеток, тканей и органов, весьма вероятно, что соответствующие белки внесли существенный вклад в отличие позвоночных от беспозвоночных и в их более сложную организацию.
По словам профессора Дэвида Ферриера, ведущего автора исследования и представителя Школы биологии, результаты оказались неожиданными: поведение этой небольшой группы весьма специфических генов существенно отличалось от поведения всех остальных генов, которые были проанализированы. Ученых ждет увлекательная задача – понять, как различные формы белков функционируют, обеспечивая разнообразие типов клеток, свойственное позвоночным животным».
Изучение различных форм белков позволяет не только понять, как развивались люди и большинство других позвоночных, но и станет ключевым для разработки методов воздействия на белки и их метаболические процессы с целью лечения болезней.
[Фото: Shunsuke Sogabe / University of St. Andrews]