Почти четыре десятилетия исследований привели ученых из Японского института интегрированных наук о клеточных материалах (iCeMS) к предположению, что семейство белков-переносчиков сыграло важную роль в эволюции видов. В частности, один белок, называемый ABCA1, вероятно, имел решающее значение для эволюции позвоночных, помогая регулировать, когда сигналы, участвующие в пролиферации, дифференцировке и миграции клеток, входят в клетку. Этот процесс был необходим позвоночным, чтобы развиться в более сложные организмы со сложной структурой тела.
Белки АТФ-связывающей кассеты (ABC) очень похожи у разных видов, в том числе у бактерий, растений и животных.
Существуют разные типы белков ABC с разными транспортными ролями, которые импортируют питательные вещества в клетки, экспортируют токсичные соединения за их пределы и регулируют концентрацию липидов в клеточных мембранах.
Клеточный биохимик iCeMS Казумицу Уэда изучал человеческие белки ABC в течение 35 лет, с тех пор как он и его коллеги идентифицировали первый ген белка ABC эукариот.
«Мы считаем, что белки ABC, должно быть, сыграли важную роль в эволюции», – говорит Уэда. "Путем транспортировки липидов они позволили растениям и животным процветать на суше, защищая их от потери воды и заражения болезнетворными микроорганизмами. Также предполагается, что они ускорили эволюцию позвоночных, позволив холестерину функционировать как внутримембранная сигнальная молекула."
Организмы, существовавшие в начале истории Земли, вероятно, были сформированы из ДНК и белков, окруженных протекающей липидной мембраной. По мере развития организмов их мембраны укреплялись, чтобы защитить их от внешней среды.
Но это означало, что выжили только организмы, которые развили специальные переносчики ABC, способные переносить питательные вещества через мембрану. Белки ABC также играли важную роль в создании внешней мембраны, защищающей клетки от внешних стрессов, и в удалении вредных веществ изнутри.
Недавно Уэда и его команда изучили роль ABCA1, чтобы глубже понять, как он регулирует холестерин.
В частности, они обнаружили, что ABCA1 экспортирует клеточные фосфолипиды и холестерин за пределы клетки для выработки липопротеинов высокой плотности, обычно называемых хорошим холестерином.
Они также обнаружили, что ABCA1 постоянно перемещает холестерин из внутреннего листочка клеточной мембраны в его внешний листок, поддерживая более низкую концентрацию на внутренней стороне.
Это хлопанье временно подавляется, когда клетка подвергается воздействию внешнего стимула, например гормона роста. Возникающее в результате накопление холестерина во внутренней створке запускает рекрутирование белков на мембрану и модулирует передачу сигнала.
Уэда и его команда предполагают, что ABCA1 позволил позвоночным животным развить сложные биологические процессы и сложные тела.
«ABCA1 очень уникален, и его функции нас удивили», – говорит Уэда. «Считалось, что роль холестерина в основном сосредоточена на физическом укреплении клеточной мембраны и снижении ее проницаемости для ионов. Наши исследования показывают, что он играл более важную роль у позвоночных, ускоряя их эволюцию."