Брэд Олсон, доцент кафедры биологии; Эрик Ханшен, докторант Университета Аризоны; Хисайоши Нодзаки, Токийский университет; и международная группа исследователей обнаружила, что единственный ген отвечает за эволюцию многоклеточных организмов. Исследование опубликовано в недавнем выпуске журнала Nature Communications.
Олсон и Хансен искали причину превращения одноклеточных организмов в многоклеточные, когда они обнаружили важность одного гена, ретинобластомы или РБ. Олсон и Хансен обнаружили, что RB, известный своей дефектностью у онкологических больных, является критическим геном, необходимым для многоклеточной жизни. Согласно Олсону, предыдущие теории указывали на то, что за многоклеточность могут отвечать несколько генов.«Вместо ситуации, когда сотни генов должны развиваться одновременно, это очень тонкое изменение в одном гене, которое вызывает перепрограммирование клеточного цикла», — сказал Олсон. «Мы не только нашли критический ген многоклеточности, но и оказалось, что он является супрессором опухолей, и гораздо легче развить многоклеточность, чем предполагалось».
При финансовой поддержке Национального научного фонда и Национальных институтов здоровья Олсон, Ханшен и их коллеги сравнили геномы многоклеточной водоросли под названием Gonium pectorale и ее одноклеточного родственника Chlamydomonas reinhardtii. Ген RB присутствует в обеих водорослях, но имеет небольшие различия в структуре и в том, как он регулирует клеточные циклы.
«RB играет фундаментальную роль в размножении клеток, регулируя клеточные циклы непосредственно перед началом репликации ДНК», — сказал Олсон. «Рак возникает, когда этот ген неисправен. С точки зрения клеточного цикла и развития рака, думайте о RB как о тормозах вашего автомобиля. Когда тормоза неисправны, нет способа контролировать, как автомобиль останавливается».По словам исследователей, многоклеточность независимо развивалась десятки раз.
«Хорошо известно, что растения, животные и грибы развивались независимо, но также развивались красные, зеленые и коричневые водоросли, вольвоциновые водоросли, слизистые плесени и бактерии; это процесс, который происходил много-много раз», — сказал Ханшен. «Результат, который мы находим с RB, интригует, потому что этот путь и этот ген являются общими для очень многих из этих независимых многоклеточных групп, разделенных сотнями миллионов лет».Когда исследователи взяли ген RB от Gonium и представили его хламидомонаде, это привело к тому, что хламидомонада стала многоклеточной.
«Гониум представляет собой первые шаги к эволюции сложных многоклеточных организмов, таких как растения и животные», — сказал Олсон. «Эти открытия могут помочь ученым понять происхождение рака и могут в будущем способствовать их лечению и обнаружению».В число авторов исследования в Университете штата Канзас входят Тара Брак, научный сотрудник постдокторантуры; Джейден Андерсон, старший специалист по биологии, Оверленд-Парк; и Холли Спаркс, младший биолог, Сент-Луис, штат Миссури.
Дополнительные сотрудники: Ричард Мичод, Университет Аризоны; и Такаши Хамадзи, Токийский университет.Олсон впервые протестировал ген RB в 2012 году, а затем организовал всю исследовательскую группу для исследования множества других теорий многоклеточной эволюции.
«Было так много гипотез о том, как эволюционировали многоклеточные», — сказал Олсон. «Мы рассмотрели и проверили все эти гипотезы. Мы хотели убедиться, что наш результат был лучшим».