Хламидомонада - род двужгутиковых одноклеточных зеленых водорослей (семейство Chlamydomonadaceae), встречающихся в почве, прудах и канавах. Виды Chlamydomonas могут быть настолько многочисленными, что окрашивают пресную воду в зеленый цвет, а один вид, C. nivalis, содержит красный пигмент, известный как гематохром, который иногда придает красный цвет тающему снегу.
Эти биологические клетки часто обладают тонкими, похожими на волоски выступами на своей поверхности, известными как реснички, которые выполняют различные функции, начиная от движения и заканчивая восприятием сигналов окружающей среды. Исследователи из Германии и Италии недавно раскрыли новые сведения о защитном слое, окружающем эти реснички.
Эта защитная оболочка, называемая гликокаликсом, состоит из богатых сахаром белков (гликопротеинов). Как первый контакт с окружающей средой, он определяет, как клетки прилипают к поверхностям, двигаются и воспринимают сигналы окружающей среды. Однако его точная структура ранее была неизвестна.
Исследовательская группа теперь детально картировала структуру этого слоя в одноклеточной зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii и идентифицировала гликопротеины FMG1B и FMG1A как его основные компоненты. Статья опубликована в журнале Advanced Science.
FMG1A - это ранее неизвестный вариант FMG1B, и эти два гликопротеина демонстрируют биохимическое сходство с белками муцина, обнаруженными у млекопитающих. Муцины также являются гликопротеинами и центральным компонентом защитной слизи, обнаруженной во многих организмах, например, на слизистых оболочках или во внутренних органах.
Для своего исследования команда удалила два гликопротеина из водоросли, в результате чего реснички стали демонстрировать значительно меньшую липкость. Тем не менее, клетки водоросли все еще могли перемещаться по поверхностям с помощью прилипающих ресничек. Это привело исследователей к выводу, что эти белки не обеспечивают, как предполагалось ранее, непосредственно адгезию к поверхностям и не передают силу, необходимую для скользящей подвижности изнутри реснички, а вместо этого образуют защитный слой, который регулирует липкость ресничек.
«Это открытие расширяет наши знания о том, как клетки регулируют прямое взаимодействие с окружающей средой», - объясняет биотехнолог растений профессор Михаэль Хипплер из Мюнстерского университета.
«Мы также получаем представление о том, как подобные защитные механизмы могут работать в других организмах», - добавляет доктор Адриан Нивергельт из Института молекулярной физиологии растений Макса Планка в Потсдаме, который сотрудничал в проекте с исследовательской группой доктора Гайи Пиджино в Human Technopole в Милане.
Команда использовала широкий спектр передовых методов визуализации и анализа белков, включая криогенную электронную томографию и электронную микроскопию, флуоресцентную микроскопию , масс-спектрометрию , а также генетические манипуляции для удаления гликопротеинов из генома водоросли.
«Мы предполагаем, что FMG1 в C. reinhardtii действует как ортолог муцина. Муцины повсеместно встречаются в высших формах жизни и эволюционировали независимо несколько раз. Семейство белков выполняет в первую очередь защитную и адгезионно-регулирующую функцию в качестве основного компонента эпителиального гликокаликса. Линейное выравнивание FMG1 с человеческим протеомом соответствует областям, богатым серином, пролином и треонином, с человеческим муцином 4. Разнообразные известные муцины классически характеризуются повторяющейся первичной аминокислотной последовательностью и обильной модификацией углеводов. Повторяющаяся первичная последовательность естественным образом приводит к повторяющейся структурной организации в известных муцинах. Напротив, обе изоформы FMG1 состоят из структурных повторов с высоким сходством, но которые практически не имеют гомологии первичной последовательности и, как таковые, повышают вероятность целого класса в настоящее время не охарактеризованных муциноподобных белков, которые были упущены из виду из-за отсутствия у них повторов первичной последовательности», - отметили авторы работы.
Источник: University of Münster. Автор: Кристина Хоппенброк.
На фото - структура реснички зеленой водоросли Clamydomonas reinhardtii (томографическая сегментация). Автор: Адриан Нивергельт, адаптировано из Advanced Science (2025). DOI: 10.1002/advs.202413355.
