Μια πρωτεΐνη, που παίζει καθοριστικό ρόλο στην εμβρυϊκή ανάπτυξη και στο νευρικό σύστημα, φαίνεται ο άνθρωπος να την έχει δανειστεί από βακτήρια.

Σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό έντυπο Cell, ερευνητές του Πανεπιστημίου του Σικάγο και του Στάνφορντ περιγράφουν για πρώτη φορά τη τρισδιάστατη δομή των πρωτεϊνών που ονομάζονται τενευρίνες (teneurins).

Οι πρωτεΐνες αυτές παίζουν καθοριστικό ρόλο στο να βοηθούν τα κύτταρα να επικοινωνούν μεταξύ τους. Βρίσκονται στην επιφάνεια των κυττάρων και προσδένονται σε άλλες πρωτεΐνες στην επιφάνεια άλλων κυττάρων. Εμπλέκονται σε αρκετές διαδικασίες, όπως η εμβρυϊκή ανάπτυξη, η καθοδήγηση των νευρικών κυτταρικών αξόνων στο σωστό σημείο ώστε να δημιουργήσουν συνδέσεις με άλλα νευρικά κύτταρα και τελικά βοηθούν στον σχηματισμό των συνάψεων.

Αντί όμως να μοιάζουν σε άλλες πρωτεΐνες που έχουν παρόμοιες λειτουργίες, η δομή των τενευρίνων μοιάζει περισσότερο με μια βακτηριακή τοξίνη. Πρόκειται λοιπόν για την πρώτη γνωστή ανθρώπινη πρωτεΐνη με τέτοια δομή.

 

«Υπάρχουν πολλές πρωτεΐνες στην επιφάνεια των κυττάρων που παίζουν σημαντικό ρόλο και όλες έχουν χαρακτηριστικές δομές. Αλλά μέχρι σήμερα, δεν είχαμε ιδέα με τι μοιάζουν οι τενευρίνες. Καμιά άλλη ευκαριωτική πρωτεΐνη δεν είναι όμοια με αυτές και η ομοιότητά της με μια βακτηριακή τοξίνη είναι ασυνήθιστη», εξηγεί ο Ντεμετ Αρας, επίκουρος καθηγητής Βιοχημείας και Μοριακής Βιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο και συγγραφέας της μελέτης.

Οι ερευνητές είχαν μια υποψία ότι οι τενευρίνες μοιάζουν με βακτηριακές τοξίνες, δηλητηριώδη μόρια που χρησιμοποιούν τα βακτήρια για να επιτεθούν και να καταλάβουν τα κύτταρα ξενιστές. Ο Δρ Αρας και ο συνεργάτης του Γιώργος Σκηνιώτης από το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ με υψηλής ανάλυσης μικροσκόπιο καθόρισαν τη δομή μιας ανθρώπινης εκδοχής της τενευρίνης. Και όταν την συνέκριναν με άλλες πρωτεϊνικές δομές, έμοιαζε περισσότερο με βακτηριακή τοξίνη σε σχήμα βαρελιού και μια προεξοχή που θυμίζει έλικα.

Η τοξίνη αυτή μπορεί να ενσωματωθεί σε πολυκυτταρικούς οργανισμούς από πολύ νωρίς στην εξέλιξη των ειδών. Μάλιστα,ένας από τους πρώτους μονοκύτταρους οργανισμούς, οι Choanoflagellates, πιστεύεται ότι εξελίχθηκαν σε πολυκυτταρικούς ευκαρυωτικούς, λόγω μιας πρωτεΐνης που μοιάζει με τη τενευρίνη.

Είναι πιθανόν τα βακτήρια να έχουν μεταφέρει ορισμένα από τα γονίδια τους στους πρώτους μονοκυτταρικούς οργανισμούς και έτσι ενώ τα απλά είδη εξελίχθηκαν σε πολυπλοκότερα, η αρχική πρωτεΐνη της τοξίνης κατάφερε να συνεχίσει να υπάρχει.

Μόλις οι ερευνητές έλυσαν τον γρίφο της πρωτεϊνικής δομής, θέλησαν να κατανοήσουν πως οι τενευρίνες επιτελούν τόσες πολλές και διαφορετικές λειτουργίας. Εικάζουν ότι αυτό πηγάζει από την ομοιότητα με την τοξίνη. Ίσως δανείζονται μερικά από τα «εργαλεία» που χρησιμοποιούν τα βακτήρια για να μολύνουν τα κύτταρα.

Μια γενετική διαδικασία που ονομάζεται εναλλακτική συγκόλληση μπορεί επίσης να βοηθά τις τενευρίνες να επιτελέσουν τους πολλαπλούς ρόλους τους. Πρόκειται για μια διαδικασία που κάνει ένα μοναδικό γονίδιο να κωδικοποιεί πολλές πρωτεΐνες. Κατά τη διαδικασία αυτή, μικρά τμήματα του γονιδίου, τα εξόνια, περιλαμβάνονται ή αποκλείονται στο τελικό mRNA που παράγει το γονίδιο. Τα διαφορετικά mRNA με τη σειρά τους μεταφράζονται σε εναλλακτικές εκδοχές των πρωτεϊνών που μπορούν να επιτελέσουν διάφορες λειτουργίες.

Ο Δρ Αρας με τον Τομας Σαντχοφ επίσης από το Στάνφορντ παρήγαγαν δύο διαφορετικές εναλλακτικά συγκολλημένες τενευρίνες και τις δοκίμασαν ως προς τη λειτουργικότητά τους. Η μια εκδοχή δεν είχε επτά αμινοξέα και μπορούσε να προσκολληθεί σε έναν κυτταρικό υποδοχέα σημαντικό για την επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων. Μια άλλη εκδοχή που περιελάμβανε και τα επτά αμινοξέα δεν μπορούσε να προσκολληθεί στον κυτταρικό υποδοχέα. Αντιθέτως, προήγαγε τον σχηματισμό συνάψεων μεταξύ των νευρώνων.