Apoptoza, tj. programirana ćelijska smrt, fundamentalni je proces bitan za rast i razvoj višećelijskih organizama.
Porijeklo bez odgovora
Ovaj proces, ili njegov prvobitni oblik, također je zabilježen kod jednoćelijskih eukariota kao što su kvasac i druge mikroeukariote (protisti). Porijeklo eukariotske apoptoze ostaje bez odgovora u biologiji.
Međutim, istraživanja su primijetila da mnogi faktori koji iniciraju apoptozu imaju bakterijsko ili mitohondrijsko poreklo, ukazujući na evolucionu historiju ovog široko rasprostranjenog fenomena, piše EurekAlert.
Naučnici iz Instituta za biohemiju i biofiziku Poljske akademije nauka otkrivaju da se poreklo mnogih faktora apoptoze može pratiti do vremena mitohondrijske domestikacije, što sugerira izuzetnu konzervaciju tokom perioda od 1,8 milijardi godina.
Proces koji izaziva apoptozu ima upadljive sličnosti među brojnih različitim eukariotama: povećanje propustljivosti mitohondrijske membrane pokreće seriju događaja koji uključuju proteine poznate kao faktori koji izazivaju apoptozu (AIF), uzrokujući slijed koji kulminira smrću ćelije. Prema filogenetskoj analizi, ovi AIF obično imaju bakterijsko/mitohondrijsko porijeklo.
Srodni proteini
Da bi dodatno objasnili evoluciju apoptoze kod eukariota, naučnici su ispitali funkcionalnu konzervaciju faktora apoptoze putem testa komplementacije kvasca. Zamijenili su svaki od četiri apoptozna gena u kvascu sa srodnim proteinima iz različitih eukariota i prokariota. Zatim su tretirali nove sojeve kvasca agensima koji izazivaju apoptozu da bi procijenili da li ubačeni geni zadržavaju sposobnost da izazovu apoptozu.
Iznenađujuće, istraživanje je otkrilo da su ne baš bliski proteini iz biljaka, životinja, sluzavih buđi i bakterija bili uveliko sposobni da funkcionalno zamijene originalne proteine kvasca.
- Ovo iznenađujuće otkriće sugerira da su prastari mehanizmi ćelijske smrti evoluciono konzervirani od domestikacije mitohondrija - kažu vođe istraživačkog tima Šimon Kačanovski i Uršula Zjelenkjevič, misleći na događaj od prije otprilike 1,8 milijardi godina.
Nalazi studije dodatno podržavaju endosimbiotsko porijeklo apoptoze, hipotezu koju je prvi iznio Gvido Kremer 1997. Kremer je pretpostavio da bakterijski prekursori mitohondrija proizvode i toksine (apoptozne faktore) i antitoksine (antiapoptozne faktore).
U ovom scenariju, antitoksini funkcioniraju kao „molekuli adikcije“, osiguravajući održanje simbionta. Pokretani ovim evolucionim konfliktom između bakterijskih endosimbionata i domaćina, toksini su na kraju evoluirali u apoptozne faktore koje danas poznajemo.
Kačanovski i Zjelenkjevič nude alternativni scenarij evolucije apoptoze. Oni misle da su rane protoeukariote bile predatori, oslanjajući se na bakterijski ulov. Te bakterije, reagirajući na predaciju, proizvodile su toksine kao odbrambene mehanizme. Vremenom su bakterije domesticirane kako bi služile kao mitohondrije unutar eukariotskih ćelija, a njihovi toksini su evoluirali u apoptozne faktore.
Različite familije AIF prisutne danas i njihova sporadična distribucija širom ne baš blisko povezanih eukariota ukazuju na postojanje više redundantnih toksina u protomitohondrijama i na koevolucionu trku u naoružavanju između protomitohondrija i njihovih protoeukariotskih domaćina.
Bez obzira na to da li apoptoza potječe iz nekog endosimbiotskog toksin/antitoksin sistema ili iz predator/plen dinamike, nalazi sugeriraju da je komplicirana ravnoteža između života i smrti u eukariotskim ćelijama duboko ukorijenjena u porijeklu mitohondrija, što otvara nove puteve za istraživanje koevolucije mitohondrija i eukariota, kao i prastarog porijekla mehanizama ćelijske smrti.
Mehanizam starenja
Štaviše, sličan pristup bi se mogao upotrijebiti za proučavanje drugih prastarih ćelijskih mehanizama pored programirane ćelijske smrti i ispitivanje u kojoj mjeri su konflikti između partnera/učesnika pokretali evoluciju odlika genoma, piše Telegraf.
- Buduća istraživanja bi mogla otkriti evolucionu historiju drugih mehanizama starenja i značajno doprinijeti izučavanju starenja - primjećuju Kačanovski i Zjelenkjevič.
