Российские ученые обнаружили в клеточных мембранах одноклеточных организмов структуры, которые раньше встречались только у высших животных. В дальнейшем открытие может помочь решить проблему потенциально токсичных морских одноклеточных микроорганизмов. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ), их результаты опубликованы в журнале Scientific Reports. Кратко о работе сообщается в пресс-релизе РНФ.
Ионные каналы – это белки, встроенные в клеточные мембраны всех живых организмов и действующие как своеобразные поры. Они открываются на всевозможные стимулы и пропускают различные ионы через мембрану клетки. Ионные каналы принимают участие во всех важнейших процессах как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов. Отдельные части ионного канала, называемые домены, выполняют различные функции: структурные, регуляторные, стабилизирующие. В составе различных ионных каналов бывает разное количество доменов. Например, в проведении нервных импульсов у животных участвуют четырехдоменные каналы.
Ранее считалось, что четырехдоменные каналы характерны в первую очередь для высших многоклеточных организмов. С помощью же методов биоинформатики ученые из Института цитологии РАН в Санкт-Петербурге выявили такие каналы у целого ряда одноклеточных эукариот (клетки, имеющие в своем составе ядро) и показали, что некоторые группы простейших, например инфузории, имеют большое число различных четырехдоменных каналов.
«На основании того, что четырехдоменные каналы встречаются в эволюционно далеких группах эукариот (например, у человека и зеленой одноклеточной водоросли хламидомонады, у дрожжей и инфузории-туфельки), можно с уверенностью сказать, что такие каналы появились еще у общего предка человека и простейших, то есть на заре эволюции всех эукариот», – рассказал первый автор статьи, один из основных исполнителей проекта РНФ, младший научный сотрудник лаборатории одноклеточных организмов Института цитологии РАН Илья Поздняков.
Филогенетическое древо четырехдоменных каналов эукариот. Разными цветами обозначены ветви каналов из разных групп эукариот: красным цветом выделены каналы животных, зеленым – зеленых водорослей, сиреневым – инфузорий, синим – динофлагеллят
Авторы исследования также выдвинули предположения о свойствах, которыми могли обладать четырехдоменные ионные каналы общего предка всех эукариотических организмов миллионы лет назад. Оказалось, что многие из них совершенно аналогичны механизмам ионного обмена в клетках человека и других животных.
«Эти каналы обладали сенсорами напряжения и поэтому могли открываться в ответ на изменение потенциала мембраны. Именно это свойство играет ключевую роль в функционировании нашей нервной системы. Кроме того, предковые четырехдоменные каналы были способны пропускать ионы кальция, играющие важную роль во внутриклеточной сигнализации всех современных организмов», – дополняет соавтор статьи, младший научный сотрудник лаборатории одноклеточных организмов Института цитологии РАН Ольга Матанцева.
Исследователи сообщают, что открытие не только поможет лучше понять эволюцию очень важных для клеток молекулярных комплексов, но и даст возможность предсказать некоторые свойства еще не охарактеризованных экспериментально ионных каналов простейших, в том числе микроорганизмов из такой социально и экологически значимой группы, как динофлагелляты. Эти организмы играют важную роль в морской экосистеме, являясь, по сути, низшим звеном пищевой цепочки. Динофлагелляты также способны образовывать опасные для рыб и человека токсины.
«Наш проект РНФ направлен на получение новых знаний о физиологии динофлагеллят, необходимых, чтобы разобраться в том, каким образом регулируется их численность в природе и какие факторы среды запускают их неконтролируемое размножение, приводящее к «цветению воды» и вредоносным красным приливам, а также стимулируют производство ими токсичных веществ. Исследования ионных каналов являются необходимым этапом на пути к решению поставленных задач», – отметил соавтор статьи, руководитель проекта, заведующий лабораторией цитологии одноклеточных организмов Сергей Скарлато.
