Studio del ruolo delle proteine che legano l'ossigeno nello sviluppo multicellulare iniziale
L'espressione eterologa delle proteine che legano l'ossigeno aumenta la profondità della diffusione dell'ossigeno nel lievito di fiocchi di neve. (A) Diagramma schematico che mostra la costruzione di ceppi di lievito a fiocco di neve che esprimono mioglobina o mioemeritrina fusa nella posizione HO. (B) Quantificazione della profondità di diffusione dell'ossigeno utilizzando il reporter mitocondriale MitoLoc nelle popolazioni di lieviti a fiocco di neve che esprimono proteine che legano l'ossigeno o controlli di tipo selvatico con limitazione di ossigeno. L'espressione di mioemeritrina e mioglobina ha aumentato significativamente la profondità di diffusione dell'ossigeno, ma solo in un ambiente a basso contenuto di ossigeno. I dati sono micrografie a fluorescenza rappresentative ± sd (C) di MitoLoc che mostrano una maggiore profondità di penetrazione dell'ossigeno (giallo) nelle popolazioni che esprimono mioglobina (a destra) rispetto al controllo wild-type (a sinistra) in condizioni di basso ossigeno. — biorxiv.org/
La disponibilità di ossigeno è un fattore chiave nello sviluppo multicellulare, poiché gli organismi più grandi e avanzati spesso richiedono meccanismi che consentano un efficiente apporto di ossigeno ai loro tessuti. Uno di questi meccanismi è la presenza di proteine che legano l'ossigeno, come la globina e l'emeritrina, che si sono formate negli antenati degli animali diploidi.
Nonostante la loro importanza, i meccanismi precisi attraverso i quali le proteine che legano l’ossigeno influenzano le prime fasi dello sviluppo multicellulare in diversi livelli di ossigeno ambientale non sono ancora chiari. Abbiamo colmato questa lacuna di conoscenza esprimendo eterologa le proteine che legano l'ossigeno, mioglobina e mioimetrin, nel lievito di fiocchi di neve, un sistema modello multicellulare semplice e indifferenziato. Queste proteine hanno aumentato la profondità e la velocità di diffusione dell’ossigeno, aumentando l’efficienza del lievito di fiocchi di neve che cresce aerobicamente.
Gli esperimenti mostrano che, paradossalmente, le proteine che legano l'ossigeno conferiscono un maggiore beneficio in termini di forma fisica agli organismi più grandi in condizioni di O2 elevate piuttosto che basse. Attraverso modelli biofisici dimostriamo che ciò è dovuto al fatto che la diffusione facilitata è più efficiente quando l’ossigeno è abbondante, trasportando una maggiore quantità di ossigeno che può essere utilizzato per il metabolismo.
Allentando i vincoli di diffusione anatomica del consumo di ossigeno, l’evoluzione delle proteine che legano l’O2 nei moderni protisti ricchi di ossigeno potrebbe aver rappresentato un importante passo avanti che ha consentito l’evoluzione di lignaggi metazoici multicellulari sempre più grandi e complessi.
Studio del ruolo delle proteine che legano l'ossigeno nello sviluppo multicellulare iniziale
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.12.01.569647v1
Astrobiologia
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