Прототип молекулярного «пульта управління», за допомогою якого багатоклітинні керують своїми клітинами, є і у деяких одноклітинних.
Перехід від одноклітинного існування до багатоклітинного поставив перед живими організмами непросте завдання - їм потрібно було навчитися керувати всіма своїми клітинами так, щоб вони не розбіглися і не заважали один одному.
У сучасних багатоклітинних є складна система молекулярних сигналів, за допомогою яких клітини спілкуються між собою: такі сигнали потрібні для розподілу обов'язків під час індивідуального розвитку (тобто щоб нейрон став нейроном, а м'язова клітина - м'язовою клітиною), для узгодженої відповіді в разі несприятливих обставин тощо. Одноклітинним - різноманітним амбам, інфузоріям, форамініферам та іншим - все це ніби не потрібно за визначенням, і виникає питання, як виникла система управління багатоклітинністю - не могла ж вона впасти з неба.
Однак ми знаємо багато прикладів, коли якесь пристосування, якась молекулярна або структурна хитрість в ході еволюції перепрофілювалася, «модернізувалася» і починала служити іншим завданням. І молекулярно-генетичний «пульт управління» безліччю клітин насправді міг в якомусь вигляді існувати у одноклітинних. Але для чого він був би їм потрібен? Наприклад, для регуляції різних життєвих стадій.
У статті Developmental Cell дослідники з Університету Помпеу Фабра розповідають про амібу Capsaspora owczarzaki, яка живе в якості симбіонта в крові (точніше, в гемолімфі) біля одного тропічного прісноводного равлика. Амби протягом життя проходять через кілька станів, час від часу збираючись разом. Очевидно, в залежності від життєвої стадії у них змінюється активність генів, а значить, і набір білків, кодованих цими генами. Більш того, поведінка самих білків теж може змінюватися.
Активність білків часто залежить від фосфорилювання: коли до білкової молекули приєднується або від'єднується залишок фосфорної кислоти (фосфат), то модифікована молекула «прокидається» і починає щось активно робити або, навпаки, «засинає». Ферменти, які навішують фосфати на інші білки, називаються кіназами, і їх існує великий натовп: вони спеціалізуються на різних білках і навіть на різних ділянках всередині однієї і тієї ж великої білкової молекули, яка, грубо кажучи, з різних боків може бути промодифікована різними кіназами. Коротше кажучи, ці ферменти виконують дуже багато сигнально-координуючої роботи - як всередині клітин, так і між клітинами.
Як виявилося, миті C. owczarzaki, переходячи з однієї стадії в іншу, змінюють активність генів і ферментів-кіназ подібно до того, як воно відбувається у багатоклітинних. Правда, у багатоклітинних відмінності ці ми бачимо тут і зараз, переходячи від однієї тканини до іншої, від одного органу до іншого. Амеби ж використовують подібні сигнали при зміні фаз життєвого циклу.
Зокрема, автори роботи описують зміни амібних тирозинових кіназ (ферментів, що модифікують залишком фосфорної кислоти амінокислоту тирозин в білках), які у багатоклітинних широко використовуються для обміну повідомленнями між клітинами і які у одноклітинних, взагалі-то, мало активні - просто в силу їх одноклітинності. Однак C. owczarzaki мало того, що використовують тирозинові кінази протягом усього життя - активність ферментів ще й змінюється залежно від того, на якому етапі життя знаходиться аміба.
Приклад C. owczarzaki говорить про те, що принаймні у деяких одноклітинних є деякі напрацювання, які, при деякому удосконаленні можуть бути використані для одночасного управління безліччю клітин, складових багатоклітинний організм. Можливо, щось подібне можна знайти і в інших найпростіших, які схильні час від часу збиратися разом (на зразок слизовиків, які служать одним з найпоширеніших об'єктів у дослідників, що займаються питаннями становлення багатоклітинності).
Також можливо, що в далекому минулому таким одноклітинним було простіше зробити вирішальний крок і перетворитися на перші багатоклітинні організми. І не варто так вже дивуватися ситуації, коли у відносно простих істот на молекулярному рівні є «заготовки» для можливого ускладнення.
Два роки тому ми писали про те, що у примітивних хребетних під час ембріонального розвитку гени працюють так, як якби їх мозок був набагато складніше, ніж він є насправді, а ще кількома роками раніше в журналі Nature виходила робота, в якій говорилося, що у напівхордових тварин з дуже простою нервовою системою є комплекс сигнальних білків, необхідних для формування складного диференційованого мозку, властивого хордовим.
За матеріалами ScienceNews.