Спиральные антифризные белки полипролина типа II широко распространены в коллемболе и, вероятно, возникли более 400 миллионов лет назад в ордовикский период.

Блог

ДомДом / Блог / Спиральные антифризные белки полипролина типа II широко распространены в коллемболе и, вероятно, возникли более 400 миллионов лет назад в ордовикский период.

Sep 10, 2023

Спиральные антифризные белки полипролина типа II широко распространены в коллемболе и, вероятно, возникли более 400 миллионов лет назад в ордовикский период.

Научные отчеты, том 13,

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 8880 (2023) Цитировать эту статью

50 доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Белки-антифризы (AFP) связываются с кристаллами льда, предотвращая замерзание организмов. У рыб и насекомых обнаружено разнообразие складок AFP, включая альфа-спирали, глобулярные белки и несколько различных бета-соленоидов. Но разнообразие АФП у нелетающих членистоногих, таких как коллембола, еще не оценено должным образом. Здесь было показано, что антифризная активность присутствует у 18 из 22 видов коллембол из холодных и умеренных зон. Для характеристики этих АФП было использовано несколько методов, включая выделение с помощью аффинной очистки льдом, масс-спектрометрию MALDI, анализ аминокислотного состава, тандемное масс-спектрометрическое секвенирование, секвенирование транскриптома и биоинформатические исследования баз данных последовательностей. Все эти AFP имели высокое содержание глицина и, как было предсказано, имели одинаковую складку спирального пучка полипролина типа II, уникальную складку для коллемболы. Эти гексаподы возникли в ордовикский период, когда два отряда, которые, как известно, производят AFP, разошлись около 400 миллионов лет назад во время Андско-Сахарского ледникового периода. Следовательно, вполне вероятно, что AFP возник тогда и сохранялся во многих линиях на протяжении следующих двух ледниковых периодов и промежуточных теплых периодов, в отличие от AFP рыб, которые возникли независимо во время кайнозойского ледникового периода, начавшегося ~ 30 миллионов лет назад.

Организмы, живущие в условиях минусовой температуры, должны адаптироваться, чтобы избежать повреждения клеток из-за замерзания. Образование кристаллов льда в живых тканях создает риск обезвоживания клеток и разрыва клеточных мембран, что приводит к смерти1. Организмы, занимающие ниши, подверженные отрицательным температурам, часто производят белки-антифризы (AFP), которые действуют, прикрепляясь к кристаллам льда и предотвращая их рост2. После связывания рост льда ограничивается областями вокруг AFP, что приводит к образованию микрокривизн на поверхности льда3,4. Это делает энергетически невыгодным присоединение воды к решетке льда, что приводит к снижению температуры замерзания ниже температуры плавления, что называется тепловым гистерезисом (TH) и используется для количественной оценки эффективности AFP.

Первый охарактеризованный AFP был получен у костистых рыб5. С тех пор АФП наблюдались у других рыб6, насекомых7,8 и микроорганизмов9,10,11. Считается, что у рыб AFP возникли в кайнозойскую эру, начавшуюся 20–40 миллионов лет назад, когда морской лед на полюсах появился впервые примерно за 200 миллионов лет12,13. В морской воде высокая концентрация NaCl (~ 0,45 М) снижает температуру замерзания морской воды до ~ - 1,9 °С. Поскольку кровь рыб имеет более низкую концентрацию растворенных веществ и замерзает при температуре ~ – 0,8 °C, любой контакт с кристаллами льда может привести к замерзанию и гибели рыбы5. Следовательно, АФП рыб должны производиться в достаточных количествах и с достаточной активностью, чтобы снизить температуру замерзания тела как минимум на 1,1 °С. Это дает этим рыбам селективное преимущество, поскольку они могут безопасно охотиться за пищей в покрытых льдом морях, где рыба, лишенная AFP, подвергается риску замерзания. У рыб обнаружено четыре типа АФП: (1) богатый аланином АФП I типа, (2) лектиноподобный АФП II типа, (3) АФП III типа, полученный из синтазы сиаловой кислоты, и (4) антифризные гликопротеины. AFGP). Поскольку разные складки выполняют одну и ту же функцию, возникает вопрос о том, как впервые возникли эти AFP14.

Богатые аланином альфа-спиральные АФП I типа независимо эволюционировали как минимум четыре раза15. Простые повторяющиеся AFGP возникли в двух независимых случаях, в том числе один раз из гена трипсиногена путем дупликации и дивергенции16. AFP типа II произошли от предшественника лектина C-типа и распространились по крайней мере на две отдаленные таксономические ветви рыб путем латерального переноса генов17,18. Дупликация и дивергенция гена синтазы сиаловой кислоты привели к появлению семейства генов AFP III типа, которое обнаружено только у одной ветви рыб19. Считается, что эти складки AFP рыб возникли за последние несколько десятков миллионов лет в ответ на полярное оледенение20. В других ветвях организмов, таких как насекомые21,22 и микроорганизмы23,24, также есть примеры, когда разные складки AFP независимо возникали для выполнения одной и той же задачи.

 100 mg of freeze-dried tissue) by ice affinity purification (IAP) and characterized by MALDI-MS, amino acid composition, and/or tandem mass spectrometry. Transcriptomes were generated from some species to deduce AFP sequences at the nucleic acid level, and in some cases to recombinantly express the encoded proteins. AFPs present in the different Collembola tested here all inhibited ice growth on the basal plane, suggesting that they could be hyperactive. Where more detailed analysis was possible, all the AFPs examined had the same glycine-rich tripeptide repeating pattern indicative of the PPII helical bundle. To date, this fold has only been found in Collembola and its presence across distant species suggests that the PPII helical bundle fold originated in a basal collembolan species, shortly after the group arose./p> 100 mg of freeze-dried animals. Tissue samples were homogenized in buffer (50 mM Tris–HCl (pH 7.8), 150 mM NaCl, 1 mM phenylthiocarbamide and 1 × EDTA-free Roche protease inhibitor cocktail) using an IKA ULTRA-TURRAX disperser (Staufen, Germany). The homogenate was centrifuged at 22,000×g for 30 min and the supernatant was filtered through glass wool to remove lipid. AFPs in the filtered supernatant were recovered using four rounds of ice-shell purification as previously described40. The final ice fraction for each preparation was concentrated to < 500 µL using an AmiconUltracel 3 K filter (MilliporeSigma, Burlington, MA, USA) spun in a Sorvall ST16R centrifuge at 3000×g./p> 2 °C) of two of the homogenates suggest that, as in other arthropods such as Tenebrio molitor41, most Collembola produce hyperactive AFPs. Additionally, the consistent differences in ice shaping and the burst between collembolan AFPs, and type I AFP from winter flounder (Fig. 1) is likely due to basal-plane binding by the collembolan AFPs./p>

2.0.Co;2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1130%2F0016-7606%281985%2996%3C1020%3AMogcag%3E2.0.Co%3B2" aria-label="Article reference 57" data-doi="10.1130/0016-7606(1985)962.0.Co;2"Article Google Scholar /p>