多くの特殊な細胞で構成される複雑な構造を形成する生物の能力である多細胞性は、多様な生命体の発達を可能にする主要な進化的マイルストーンです。しかし、多細胞性の進化を促進する分子メカニズムは、あまり理解されていないままです。 2つのシステインアミノ酸残基の間に形成される共有化学結合、タンパク質構造と安定性に重要な役割を果たすジスルフィド結合、共有化学結合。それらは、多細胞生物の細胞間相互作用に関与する細胞細胞接着タンパク質および他のタンパク質で有意に濃縮されることがわかった。
多細胞性におけるタンパク質の折り畳みとジスルフィド結合の役割をさらに調査するために、研究チームは、酵母Saccharomyces cerevisiaeで実験を実施しました。
遺伝子工学技術を使用して、研究者は酵母細胞のERにジスルフィド結合形成機構を導入しました。これにより、細胞はジスルフィド結合を形成することができました。これにより、多細胞生物で観察されたものに匹敵するタンパク質折りたたみパターンのスイッチがトリガーされました。重要なことに、これらの修飾された酵母細胞は、初歩的な多細胞構造に似た細胞細胞凝集体を形成する能力を獲得しました。
これらの発見は、多細胞性の進化におけるタンパク質の折り畳み変化、特にジスルフィド結合の取り込みの因果関係の強力な証拠を提供します。タンパク質の折り畳み景観を変更することにより、ジスルフィド結合の組み込みにより、複雑さ、安定性、および接着特性が増加したタンパク質の出現が促進されました。これらの変化により、細胞間相互作用の発達と多細胞構造の形成が可能になり、細胞の専門化と複雑な生物の進化の新しい可能性を解き放ちました。
この研究の重要性は、進化生物学の領域を超えています。多細胞性の分子基盤をより深く理解し、組織工学、再生医療、および合成多細胞系の設計に関する将来の研究を知らせることができます。
