BioScience Blog – Научный Биологический блог

D-глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (ГАФД, КФ 1.2.1.12) является одним из гликолитических ферментов. В организме человека ГАФД представлена двумя изоферментами, которые экспрессируются в соматических клетках (ГАФД-1) и в сперматидах (ГАФД-2). Высокая концентрация ГАФД-1 в клетке, достигающая 5-15% от общей концентрации цитоплазматических белков, дает основания предполагать, что она может выполнять иные функции, отличные от гликолитической. Имеются многочисленные данные, подтверждающие, что помимо гликолиза ГАФД-1 участвует в таких процессах, как эндоцитоз, слияние мембран, репарация, репликация и индукция апоптоза. ГАФД-2 включает в себя дополнительный N-концевой домен длиной 74 а.о., необходимый для фиксации фермента в фиброзном слое жгутика сперматозоида.

Целью данной работы является выявление генов, кодирующих изоферменты ГАФД 17-ти представителей хордовых (Chordata) и иглокожих (Echinodermata), и изучение их последовательностей. Проведенные исследования позволили выявить в геномах всех представителей классов млекопитающих (Mammalia) и лучеперых рыб (Actinopterigii) по два гена ГАФД, в геномах остальных организмов – по одному. Дополнительный N-концевой домен был найден только в составе одного из изоферментов млекопитающих. По результатам реконструкции филогенетических деревьев, последовательности ГАФД хордовых могут быть разделены на две группы. Первую группу образуют ГАФД-1 млекопитающих и лучеперых рыб, а также ГАФД Gallusgallusи Xenopuslaevis, вторую – ГАФД-2 млекопитающих и лучеперых рыб. ГАФД Strongylocntrotuspurpuratusи Cionasavignyiне могут быть надежно отнесены ни к одной из указанных групп ввиду низких соответствующих бутстреп-значений. Ветвь представителей членистоногих (Arthropoda) отделяется до расхождения ветвей ГАФД-1 и ГАФД-2. Следовательно, дупликация первоначального гена ГАФД произошла после расхождения первичноротых и вторичноротых и до формирования типа хордовых. Вывод согласуется с предположением, выдвинутым в работе [1].

Эволюционные расстояния между последовательностями ГАФД-2 каждой пары млекопитающих превышают эволюционные расстояния между последовательностями ГАФД-1  этих же пар организмов в среднем в 3,6 раза. Таким образом, давление стабилизирующего отбора на ГАФД-1 существенно выше, чем на ГАФД-2. Это может быть связано с участием ГАФД-1 в разнообразных негликолитических процессах и подтверждает сделанный на основе изучения коротких функциональных мотивов изоферментов ГАФД человека вывод о том, что дополнительные функции ГАФД-1 не характерны для ГАФД-2 [2]. Изофермент ГАФД-2 лучеперых рыб менее специализирован, чем у млекопитающих: по данным EST он лишен N-концевого домена и экспрессируется во многих соматических тканях. Кроме того, данный изофермент является более консервативным, чем у млекопитающих (скорость накопления точечных мутаций в ГАФД-2 лучеперых рыб выше, чем в ГАФД-2 млекопитающих в среднем в 1,7 раза), что свидетельствует о том, что он может продолжать выполнять некоторые негликолитические функции, свойственные ГАФД-1 и утраченные ГАФД-2 млекопитающих.

Литература

1.  Steinke, D., Hoegg, S., Brinkmann, H. and Meyer, A. (2006). BMCBiol., 4: 16.

2.  Куравский М.Л. и Муронец В.И. (2007). Биохимия, 72(7), стр. 915-922.