Светочувствительные белки эукариот произошли от белков архей

Согласно современному варианту биологической классификации Вëзе, все живые организмы делятся на три домена (или надцарства): археи, бактерии и эукариоты. В клетках первых отсутствуют какие-либо мембранные части. Вторые устроены сложнее — их клетки включают в себя окружённые мембранами органеллы. К последним же относятся организмы, имеющие и мембранные органеллы, и ядро в составе клеток. К ним относятся царства животных (в том числе людей), растений, грибов, а также некоторые одноклеточные организмы.

Исследовательская группа решила выявить эволюционные особенности эукариот в соотношении с остальными доменами живых организмов. Сделать это можно на примере родопсинов 1 — светочувствительных белков, распространённых среди всех доменов. Эти белки сыграли важную роль в эволюционном становлении эукариот, однако до недавнего времени эта роль оставалась малоизученной.

Исправить эту ситуацию учёным МФТИ и их иностранным коллегам помогли разработанные ими методы выделения родопсина 1 из одноклеточного гриба. Кристаллизация структуры белка показала: родопсины грибов имеет высокое сходство с протоным насосом (интегральным мембранным белком) у архей. Это сходство — убедительное доказательство архейного происхождения родопсинов эукариот. Таким образом, по структуре светочувствительного белка исследователям удалось проследить важную эволюционную связь между археями и эукариотами.

Единственное отличие между родопсинами 1 эукариотов и протонными насосами архей, которое было выявлено учёными, — в длине петли, которая соединяется с внутриклеточным концом белка, чтобы поддерживать его стабильность.

«Мы получили первую кристаллическую структуру высокого разрешения светочувствительного протонного насоса из организма гриба и выяснили функциональную роль его N-концевой области. Исследованный родопсин был экспрессирован в системе LEXSY, затем мы его кристаллизовали. Значит, система экспрессии LEXSY может быть сильным инструментом для получения мембранных белков эукариот для структурных исследований. Мы также сравнили последовательность и структуру полученного родопсина со светочувствительными протонными помпами из разных царств. Анализ показал, что эукариотические и архейные родопсины имеют глубокое структурное сходство, что подтверждает гипотезу об архейном происхождении родопсинов, найденных в геноме эукариот. Полученные результаты важны как для понимания эволюции животных, так и для дальнейших исследований родопсинов эукариот», — рассказал Дмитрий Забельский, сотрудник лаборатории химии и физики липидов Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ, аспирант Физтех-школы физики и исследований им. Ландау МФТИ.