Een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature onthult hoe veranderingen in de vouwing van eiwitten, vooral die waarbij de vorming van disulfidebindingen betrokken is, een cruciale rol speelden in de evolutie van meercelligheid. Het onderzoek, uitgevoerd door een team wetenschappers van de Universiteit van Californië, Berkeley, werpt licht op de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan de overgang van eenvoudige, eencellige organismen naar complexe, meercellige organismen.

Meercelligheid, het vermogen van organismen om complexe structuren te vormen die uit veel gespecialiseerde cellen bestaan, is een belangrijke evolutionaire mijlpaal die de ontwikkeling van diverse levensvormen mogelijk maakte. De moleculaire mechanismen die de evolutie van meercelligheid aandreven, zijn echter nog steeds slecht begrepen. Disulfidebindingen, covalente chemische bindingen die zich vormen tussen twee cysteïne-aminozuurresiduen, spelen een cruciale rol in de eiwitstructuur en stabiliteit. Ze bleken aanzienlijk verrijkt te zijn aan cel-celadhesie-eiwitten en andere eiwitten die betrokken zijn bij cel-tot-cel-interacties in meercellige organismen.

Om de rol van eiwitvouwing en disulfidebindingen in meercelligheid verder te onderzoeken, voerde het onderzoeksteam experimenten uit met de gist Saccharomyces cerevisiae, een eencellige schimmel die niet in staat is disulfidebindingen te vormen in het endoplasmatisch reticulum (ER), het cellulaire compartiment waar de meeste eiwitten zijn gevouwen en gemodificeerd.

Met behulp van genetische manipulatietechnieken introduceerden de onderzoekers machines voor de vorming van disulfidebindingen in het ER van gistcellen. Hierdoor konden de cellen disulfidebindingen vormen, wat een verandering in de vouwpatronen van eiwitten teweegbracht die vergelijkbaar was met die waargenomen bij meercellige organismen. Belangrijk is dat deze gemodificeerde gistcellen het vermogen kregen om cel-celaggregaten te vormen die leken op rudimentaire meercellige structuren.

Deze bevindingen leveren sterk bewijs voor een causale rol van veranderingen in de eiwitvouwing, met name de opname van disulfidebindingen, in de evolutie van meercelligheid. Door het landschap van de eiwitvouwing te veranderen, vergemakkelijkte de opname van disulfidebindingen de opkomst van eiwitten met verhoogde complexiteit, stabiliteit en adhesie-eigenschappen. Deze veranderingen maakten op hun beurt de ontwikkeling van cel-cel-interacties en de vorming van meercellige structuren mogelijk, waardoor nieuwe mogelijkheden voor cellulaire specialisatie en de evolutie van complexe organismen werden ontsloten.

De betekenis van de studie reikt verder dan het domein van de evolutionaire biologie. Het biedt een dieper inzicht in de moleculaire onderbouwing van meercelligheid, wat toekomstig onderzoek naar weefselmanipulatie, regeneratieve geneeskunde en het ontwerp van synthetische meercellige systemen zou kunnen informeren.