新的研究发现改变的蛋白质折叠如何驱动多细胞进化

　　

研究人员发现了一种引导多细胞生命进化的机制。他们确定了蛋白质折叠改变是如何驱动多细胞进化的。

在一项由赫尔辛基大学和佐治亚理工学院的研究人员领导的新研究中，科学家们求助于一种叫做实验进化的工具。在正在进行的多细胞长期进化实验(MuLTEE)中，实验室酵母正在进化出新的多细胞功能，使研究人员能够研究它们是如何产生的。

这项研究将重点放在了理解进化过程中蛋白质的调节上。

“通过证明蛋白质水平变化对促进进化变化的影响，这项工作强调了为什么遗传密码本身的知识并不能完全理解生物体如何获得适应性行为。”“实现这样的理解需要绘制整个遗传信息流，一直延伸到最终控制细胞行为的蛋白质的可操作状态，”赫尔辛基生命科学研究所HiLIFE和赫尔辛基大学生物与环境科学学院的副教授Juha Saarikangas说。

酵母通过改变细胞形状，在3000代中进化出健壮的身体

最重要的多细胞创新之一是强健身体的起源:经过3000代，这些“雪花酵母”开始比明胶弱，但进化到像木头一样强壮和坚韧。

研究人员在这种新的多细胞特性的基础上发现了一种非遗传机制，这种机制在蛋白质折叠水平上起作用。作者发现，随着雪花酵母进化出更大、更坚硬的身体，帮助其他蛋白质获得其功能形状的伴侣蛋白Hsp90的表达逐渐被抑制。事实证明，Hsp90充当了一个至关重要的调节旋钮，破坏了一个调节细胞周期进程的中心分子的稳定，导致细胞变长。这种细长的形状反过来又使细胞相互缠绕，形成更大的、机械上更坚韧的多细胞群。

来自芬兰赫尔辛基生命科学研究所的首席作者克里斯托弗·蒙特罗斯解释说:“Hsp90一直被认为可以稳定蛋白质并帮助它们正确折叠。”“我们发现，Hsp90运作方式的微小改变不仅会对单细胞产生深远影响，还会对多细胞生物的本质产生深远影响。”

通过改变蛋白质形状实现适应性进化的途径

从进化的角度来看，这项工作突出了非遗传机制在快速进化变化中的作用。

“我们倾向于关注遗传变化，并且非常惊讶地发现伴侣蛋白的行为发生了如此大的变化。这强调了在寻找解决新问题的方法时，进化是多么具有创造性和不可预测，比如建立一个强壮的身体。美国佐治亚理工学院的威尔·拉特克利夫教授说。

这项研究是由人类前沿科学计划的研究经费资助的。