Будь то на суше или на море, млекопитающие живут в разнообразной защитной коже, приспособленной к непогоде, от плавания в глубочайших лазурных океанах до восхождения на крутые горные вершины.
Теперь профессор Медицинского университета Вены Леопольд Экхарт и его коллеги провели одно из крупнейших сравнительных геномных исследований, чтобы помочь определить ключевые молекулярные и эволюционные истоки адаптаций млекопитающих, наблюдаемых в белках кожи.
В новом исследовании, опубликованном недавно в расширенном онлайн-издании журнала Molecular Biology and Evolution, команда Экхарта сосредоточилась на том, какие гены из десятков генов кератина млекопитающих необходимы для жизни на суше или в море.. Продукты этих генов кератина собираются, чтобы сформировать балки цитоскелета в клетках кожи, называемых кератиноцитами, которые поддерживают плотный барьер между телом и внешним миром.
«Результаты настоящего исследования предоставляют важные новые данные об эволюции кератинов, которые контролируют механическую стабильность эпидермиса, самого внешнего слоя кожи», - сказал Экхарт.
У наземных млекопитающих эпидермис зависит от различных кератинов для поддержания барьера для окружающей среды и регенерации эпидермиса, если кожа повреждена. В новом отчете предлагается, чтобы полностью водные млекопитающие постоянно использовали программу регенерации эпидермиса и, следовательно, им требовался только один из двух наборов эпидермальных кератинов.
«Удивительно, что основные белки внешних слоев кожи наземных млекопитающих, включая человека, незаменимы для водных млекопитающих, таких как дельфины, киты и ламантины», - сказал Экхарт.«И примечательно, что программа реагирования на стресс стала отправной точкой эволюционной инновации: новой архитектуры эпидермиса у водных млекопитающих».
Эпидермис дельфинов примерно в 50 раз толще нормального эпидермиса человека. Кератины K1, K2 и K10 были потеряны и заменены кератинами K6 и K17 у дельфинов.
И утолщение эпидермиса, и ключевые роли K6 и K17 также обнаруживаются в заживлении кожных ран человека и в поврежденной коже пациентов с псориазом. В этом распространенном кожном заболевании до сих пор неизвестные генетические факторы предрасполагают клетки кожи к запуску эволюционно древней программы эпидермиса по заживлению ран.
«На данный момент эволюционная биология встречается с дерматологическими исследованиями, и мы надеемся, что этот тип «трансляционных исследований» принесет дополнительную информацию на благо пациентов в будущем», - сказал Экхарт.
Исследовательская группа Венского медицинского университета также обнаружила ранее недооцененную сложность состава эпидермального кератина из-за так называемого «альтернативного сплайсинга» мРНК кератина K10 и адаптации наборов генов кератина у наземных млекопитающих. Однако полное ремоделирование кератинового цитоскелета произошло только у полностью водных млекопитающих.
"Наши данные указывают на общую закономерность эволюции кожи: белки самых внутренних слоев кожи наиболее консервативны, а белки самых внешних слоев наиболее разнообразны", - сказал Экхарт. «Взаимодействия между кератинами и другими эпидермальными белками требуют дальнейшего изучения. Благодаря прогрессу в сравнительной геномике и новым направлениям экспериментальных исследований эволюция кожи останется захватывающей и плодотворной темой исследований».