Multicellularitet, organismers förmåga att bilda komplexa strukturer som består av många specialiserade celler, är en viktig evolutionär milstolpe som möjliggjorde utvecklingen av olika livsformer. De molekylära mekanismerna som drev utvecklingen av multicellularitet har dock förblivit dåligt förstådda. Disulfidbindningar, kovalenta kemiska bindningar som bildas mellan två cysteinaminosyrarester, spelar avgörande roller i proteinstruktur och stabilitet. De visade sig vara signifikant berikade i cell-celladhesionsproteiner och andra proteiner involverade i cell-till-cell-interaktioner i flercelliga organismer.
För att ytterligare undersöka rollen av proteinveckning och disulfidbindningar i multicellularitet, genomförde forskargruppen experiment på jästen Saccharomyces cerevisiae, en encellig svamp som saknar förmågan att bilda disulfidbindningar i det endoplasmatiska retikulumet (ER), det cellulära utrymmet där de flesta proteiner är vikta och modifierade.
Med hjälp av gentekniker introducerade forskarna maskiner för bildande av disulfidbindningar i jästcellers ER. Detta gjorde det möjligt för cellerna att bilda disulfidbindningar, vilket utlöste en förändring i proteinveckningsmönster som var jämförbart med det som observerades i flercelliga organismer. Viktigt är att dessa modifierade jästceller fick förmågan att bilda cell-cellaggregat som liknade rudimentära flercelliga strukturer.
Dessa fynd ger starka bevis för en orsaksroll av proteinveckningsförändringar, särskilt införlivandet av disulfidbindningar, i utvecklingen av multicellularitet. Genom att förändra proteinvikningslandskapet underlättade införlivandet av disulfidbindningar uppkomsten av proteiner med ökad komplexitet, stabilitet och vidhäftningsegenskaper. Dessa förändringar möjliggjorde i sin tur utvecklingen av cell-cell-interaktioner och bildandet av flercelliga strukturer, vilket låste upp nya möjligheter för cellulär specialisering och utvecklingen av komplexa organismer.
Studiens betydelse sträcker sig bortom den evolutionära biologins område. Det ger en djupare förståelse för den molekylära grunden för multicellularitet, vilket kan informera framtida forskning om vävnadsteknik, regenerativ medicin och designen av syntetiska flercelliga system.
