Описана эволюция генов, кодирующих белки слизи у млекопитающих

В ответ на одинаковые вызовы окружающей среды неродственные друг другу организмы нередко обзаводятся одними и теми же адаптивными механизмами. Это пример конвергентной эволюции. Так, в слизи млекопитающих присутствуют белки муцины, которые не имеют общего происхождения, однако выполняют одинаковые функции и потому похожи друг на друга. Например, они содержат сайты О-гликозилирования, обогащенные пролином, треонином и серином (PTS-сайты). У человека гены, кодирующие муцины, представлены двумя неродственными семействами. Белковые продукты генов первого из них являются секретируемыми, а второго — мембранными. Также у человека имеется три эволюционно изолированных (орфанных) муцина MUC7, MUC22 и MUC16.

Авторы новой работы, опубликованной в Science Advances, детально изучили эволюцию генов муцинов у млекопитающих с помощью мультиомного анализа. Они разработали алгоритм для поиска генов муцинов в геномах человека, мыши, коровы и хорька. Оказалось, что большинство муцинов у млекопитающих общие и были унаследованы от общего предка, однако у каждого вида был по мере один уникальный муцин.

У хорька оказалось целых шесть уникальных муцинов, которые возникли de novo из локуса SCPP, который кодирует секреторный кальций-связывающий фосфопротеин. Этот локус содержит ген муцина, специфичного для коров, а также гены MUC7 и Muc10 человека и мыши. Таким образом, в локусе SCPP находится множество генов уникальных орфанных муцинов.

Сам по себе локус SCPP известен высокой вариабельностью, благодаря чему у разных млекопитающих он может давать немного отличающиеся белковые продукты. Ученые проверили локусы SCPP у 49 видов млекопитающих в поисках функциональных доменов муцинов. Они обнаружили 28 предполагаемых генов муцинов, получившихся в результате 15 событий, специфичных для различных линий млекопитающих.

Далее авторы исследовали, являются ли эти предполагаемые муцины функциональными белками. Так как они обогащены мотивами TS (треонин-серин), то могут подвергаться О-гликозилированию, необходимому для функционирования муцинов. Кроме того, исследователи показали, что уникальным генам муцинов дают начало расположенные друг за другом гены в локусе SCPP, белковые продукты которых обогащены пролином. Также было установлено, что быстрая эволюция муцинов становится возможной благодаря вариации числа копий экзонных повторов в соответствующих генах.

Таким образом, авторы продемонстрировали множество случаев независимой эволюции муцинов у разных млекопитающих; часто новые муцины локализуются в локусе SCPP. Такое многократное появление генов с новыми функциями в одном локусе без генной дупликации необычно. Авторы работы построили модель эволюции муцинов, в которой гены, кодирующие секретируемые белки, богатые пролином, служат строительными блоками для новых муцинов.