Apoptoza, koja se često naziva programirana ćelijska smrt, je fundamentalni proces ključan za rast i razvoj višećelijskih organizama. Ovaj proces, ili njegov primordijalni oblik, takođe se primećuje kod jednoćelijskih eukariota poput kvasca i drugih mikroeukariota (aka protisti).
Poreklo eukariotske apoptoze ostaje otvoreno pitanje u biologiji. Međutim, studije su primetile da mnogi faktori koji iniciraju apoptozu imaju bakterijsko ili mitohondrijalno poreklo, dajući trag u evolucionoj istoriji ovog široko rasprostranjenog fenomena.
U novoj studiji objavljenoj u Genome Biologi and Evolution, naučnici sa Instituta za biohemiju i biofiziku Poljske akademije nauka otkrivaju da mnogi apoptotički faktori mogu pratiti svoje poreklo do vremena pripitomljavanja mitohondrija, što sugeriše izuzetnu konzervaciju u rasponu od 1,8 milijardi godine.
Procesi koji pokreću apoptozu pokazuju zapanjujuće sličnosti među različitim različitim eukariotima: Povećanje propusnosti mitohondrijalne membrane pokreće kaskadu događaja koji uključuju proteine koji se nazivaju faktori koji induciraju apoptozu (AIF), pokrećući put koji kulminira ćelijskom smrću. Prema filogenetskim analizama, ovi AIF-ovi obično imaju bakterijsko/mitohondrijalno poreklo.
Da bi bacio dalje svetlo na evoluciju apoptoze kod eukariota, tim predvođen Šimonom Kačanovskim i Uršulom Zilenkijević istražio je funkcionalnu konzervaciju apoptotičkih faktora kroz test komplementacije kvasca. Istraživači su zamenili svaki od četiri apoptotička gena u kvascu srodnim proteinima iz različitih eukariota i prokariota. Zatim su tretirali nove sojeve kvasca sa agensima koji indukuju apoptozu da bi procenili da li su uvedeni geni zadržali sposobnost da indukuju apoptozu u kvascu.
Zanimljivo je da je studija otkrila da su proteini koji su udaljeni od biljaka, životinja, sluzavih plesni i bakterija u velikoj meri u stanju da funkcionalno zamene originalne proteine kvasca. „Ovo iznenađujuće otkriće sugeriše da su drevni mehanizmi ćelijske smrti evolucijski sačuvani od pripitomljavanja mitohondrija“, kažu Kačanovski i Zilenkijević, događaj koji se dogodio pre otprilike 1,8 milijardi godina.
Nalazi studije dalje podržavaju endosimbiotsko poreklo apoptoze, hipotezu koju je prvi predložio Guido Kroemer 1997. Kroemer je sugerisao da bakterijski prekursori mitohondrija proizvode i toksine (apoptotički faktori) i antitoksine (anti-apoptotički faktori). U ovom scenariju, antitoksini su delovali kao „molekuli zavisnosti“, obezbeđujući postojanost simbionta. Vođeni ovim evolucijskim sukobom između bakterijskih endosimbionata i domaćina, toksini su na kraju evoluirali u apoptotičke faktore koje danas prepoznajemo.
Kačanovski i Zilenkijević predstavljaju alternativni scenario za evoluciju apoptoze. Oni predlažu da su rani protoeukarioti bili predatori, oslanjajući se na bakterijski plen. Ove bakterije, kao odgovor na grabež, proizvele su toksine kao odbrambeni mehanizam. Tokom vremena, ove bakterije su pripitomljene da služe kao mitohondrije unutar eukariotskih ćelija, a njihovi toksini su evoluirali u apoptotske faktore.
Različite porodice AIF-ova prisutnih danas i njihova sporadična distribucija među udaljenim eukariotima sugerišu postojanje višestrukih redundantnih toksina u protomitohondrijama i nagoveštavaju koevolucionu trku u naoružanju između protomitohondrija i njihovih protoeukariotskih domaćina.
Bez obzira na to da li apoptoza potiče od endosimbiotičkog sistema toksina/antitoksin ili od dinamike predator/plen, nalazi studije sugerišu da je složena ravnoteža između života i smrti unutar eukariotskih ćelija duboko ukorenjena u poreklu mitohondrija, otvarajući nove puteve za istraživanje u koevoluciju mitohondrija i eukariota, kao i na drevno poreklo mehanizama ćelijske smrti.
Štaviše, sličan pristup bi se mogao koristiti da se sagledaju drugi drevni ćelijski mehanizmi izvan programirane ćelijske smrti i da se postavi pitanje u kojoj meri su sukobi među partnerima/učesnicima pokrenuli evoluciju karakteristika genoma.
„Buduće studije mogu otkriti evolucionu istoriju drugih mehanizama starenja i mogu dati značajan doprinos studijama starenja“, primećuju Kačanovski i Zilenkijević, naglašavajući šire implikacije njihovog istraživanja.
