Представьте, что вы нашли вторую работу, где число ваших обязанностей невелико. На новом месте вам приходится налаживать связи с коллективом, но вместо того, чтобы ограничится контактом с двумя коллегами, вы становитесь душой большой компании. Белок BetaM тоже расширил спектр функций: от участия в передаче нервных импульсов по всему телу у большинства животных к регуляции экспрессии генов исключительно в мышцах у млекопитающих. При этом белок BetaM начал взаимодействовать с большим количеством партнеров, чем прежде, что в корне меняет наши представления об эволюции «поведения» белков. Об этом написали ученые из Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН совместно с сотрудниками Университета Толидо (США) в журнале «Scientific Reports».

BetaM — это белок, который изначально участвовал в ионном транспорте. Как известно, на мембране любой животной клетки существует разность потенциалов, создаваемая, в том числе, различием концентраций калия (которого много внутри клетки) и натрия (которого много снаружи). Это соотношение лежит в основе передачи нервных импульсов. У позвоночных животных белок BetaM является частью комплекса ион-транспортирующей АТФазы, которая расходует энергию АТФ, чтобы поддерживать эту разницу концентраций калия и натрия.

Исследователи из Института биоорганической химии РАН совместно с коллегами из США обнаружили, что белок BetaM отличается по структуре от своих родственников. Когда они провели функциональные эксперименты, выяснилось, что у млекопитающих «родная» функция белка BetaM была потеряна, но появилась новая. У рыб, земноводных и птиц BetaM продолжает выполнять исходную функцию при передаче нервного импульса, а у млекопитающих — только новую, связанную с регуляцией экспрессии генов мышечных тканей.

– Мы определили, что ген, кодирующий белок BetaM, который у различных видов живых существ произошел от общего предшественника и передавался в ходе эволюции, изменился таким образом, что и свойства кодируемого белка стали другими, — рассказывает о своих предыдущих исследованиях Николай Борисович Пестов, кандидат химических наук, руководитель научной группы ИБХ РАН, один из авторов статьи. — Большинство белков присутствуют во всех типах ткани, а у млекопитающих они стали исключительно специфичны для мышц. Это уникальное свойство.

Интерактом BetaM — это сеть взаимодействий BetaM c другими белками (интеракторами). Прежде была высказана гипотеза о том, что если функция белков становится более узкой, значит, и число взаимодействий с другими белками уменьшается, интерактом становится более бедным и специализированным. Ученые ИБХ опровергли эту гипотезу. Несмотря на то, что белки стали «работать» только в мышцах, их сеть взаимодействий расширилась.

Эволюция функции белка BetaM у всех позвон...

Эволюция функции белка BetaM у всех позвоночных является частью ион-транспортирующей АТФазы, а у млекопитающих BetaM регулирует экспрессию генов в мышечных клетках, взаимодействуя с различными белками.

Это удалось установить благодаря расширенному скринингу библиотек ДНК млекопитающих и птиц с использованием специальных дрожжевых систем. Другими словами, исследователи выделили ДНК мыши и курицы, а затем вставили в клетки хлебопекарных дрожжей. Анализ скорости размножения дрожжевых клеток указал на наличие множества связей между BetaM и другими белками. Такой же эксперимент с ДНК курицы таких результатов не дал.

– Этот факт удивителен, он опровергает существующие теоретические концепции о взаимодействиях между белками, — поясняет Николай Борисович. — Он настолько необычен и странен, что мы даже не сделали на нем особый акцент в статье. Над многими вещами еще надлежит подумать.

Некоторые интеракторы белка BetaM играют важную роль в развитии мышечных патологий, например, миопатии — хронического прогрессирующего наследственного заболевания мышц. Тем не менее, пока еще рано проводить параллели между эволюцией отдельных белков, интерактомов и целых организмов. Дальнейшие исследования покажут, насколько смена функций белка может влиять на наше здоровье.