Новое исследование Сент-Эндрюсского университета позволило найти ключевой элемент в головоломке, объясняющей, как эволюционировали позвоночные животные, включая всех млекопитающих, рыб, рептилий и амфибий. В статье, опубликованной в BMC Biology, исследователи обнаружили интригующую закономерность в эволюции генов, которая имеет большое значение для эволюционного происхождения и диверсификации позвоночных.
У всех животных есть основные сигнальные пути, с помощью которых клетки взаимодействуют друг с другом и контролируют такие процессы, как развитие эмбрионов и органов. Сигнальные пути играют ключевую роль в развитии животных и являются основными мишенями для мутаций, вызывающих заболевания, а также для разработки фармацевтических препаратов.
Белки, лежащие в основе сигнальных путей, играют важнейшую роль, поскольку они контролируют конечный результат, направляя клетки к определённым реакциям и экспрессии генов.
Исследователи получили новые данные о последовательности генов у асцидий, миног и одного из видов лягушек. Было обнаружено, что гены, отвечающие за выработку сигнальных белков, эволюционировали особым образом. Асцидия — это беспозвоночное, которое помогло выявить изменения при переходе от беспозвоночных к позвоночным. Миноги — это древняя ветвь позвоночных, что указывает на то, что это изменение произошло при переходе от беспозвоночных к позвоночным.
Исследователи использовали метод секвенирования длинноволновой ДНК, который позволил им различать разные транскрипты каждого гена. Метод секвенирования длинноволновой ДНК никогда ранее не применялся для изучения генов, экспрессируемых у этих животных. Таким образом, исследователи впервые смогли охарактеризовать реальный спектр транскриптов и белков, вырабатываемых этими генами в процессе развития позвоночных.
В отличие от беспозвоночной асцидии, минога и лягушка вырабатывают большее количество различных форм белков из отдельных сигнальных генов по сравнению со всеми остальными типами генов.
Это значительное изменение в ходе эволюции позвоночных очень впечатляет. Учитывая важность этих путей для формирования у животных типов клеток, тканей и органов, можно с большой долей вероятности предположить, что эти белки сыграли важную роль в том, что позвоночные отличаются от беспозвоночных и устроены сложнее.
Ведущий автор исследования профессор Дэвид Ферриер из Школы биологии сказал: «Мы были очень удивлены, когда увидели, насколько отличается поведение этой небольшой группы очень специфических генов от поведения любых других генов, которые мы рассматривали. Будет интересно выяснить, как эти различные формы белков по-разному работают, создавая разнообразие типов клеток, которое мы наблюдаем у позвоночных».
Разнообразные вариации белков не только проливают свет на то, как эволюционировали мы и большинство других позвоночных животных, но и будут важны для исследований в области понимания того, как можно воздействовать на белки и пути их метаболизма для лечения заболеваний.
