程序性细胞死亡可能已有18亿年的历史

细胞凋亡，通常称为程序性细胞死亡，是对多细胞生物生长和发育至关重要的基本过程。在酵母等单细胞真核生物和其他微真核生物(又称原生生物)中也观察到这个过程或其原始形式。

真核细胞凋亡的起源仍然是生物学中的一个悬而未决的问题。然而，研究指出，许多细胞凋亡启动因子具有细菌或线粒体起源，这为了解这种普遍现象的进化史提供了线索。

在《基因组生物学与进化》杂志上发表的一项新研究中，波兰科学院生物化学与生物物理学研究所的科学家们揭示，许多细胞凋亡因子的起源可能可以追溯到线粒体驯化时期，这表明在18亿年的时间里，细胞凋亡因子具有显着的保守性。年。

触发细胞凋亡的过程在各种不同的真核生物中表现出惊人的相似性：线粒体膜通透性的增加引发了一系列涉及称为细胞凋亡诱导因子(AIF)的蛋白质的事件，启动了最终导致细胞死亡的途径。根据系统发育分析，这些AIF通常具有细菌/线粒体起源。

为了进一步阐明真核生物细胞凋亡的进化，SzymonKaczanowski和UrszulaZielenkiewicz领导的团队通过酵母互补测试研究了细胞凋亡因子的功能保守性。研究人员用来自不同真核生物和原核生物的相关蛋白质替换了酵母中的四个凋亡基因。然后，他们用细胞凋亡诱导剂处理新的酵母菌株，以评估引入的基因是否保持诱导酵母细胞凋亡的能力。

值得注意的是，研究发现，来自植物、动物、粘菌和细菌的远亲蛋白质在很大程度上能够在功能上替代原始的酵母蛋白质。Kaczanowski和Zielenkiewicz说：“这一令人惊讶的发现表明，自线粒体驯化以来，古老的细胞死亡机制在进化上得到了保留。”这一事件发生在大约18亿年前。

该研究的结果进一步支持细胞凋亡的内共生起源，这一假设由GuidoKroemer于1997年首次提出。Kroemer认为线粒体的细菌前体产生毒素(凋亡因子)和抗毒素(抗凋亡因子)。在这种情况下，抗毒素充当“成瘾分子”，确保共生体的持续存在。在细菌内共生体和宿主之间的进化冲突的驱动下，毒素最终演变成我们今天认识的细胞凋亡因子。

Kaczanowski和Zielenkiewicz提出了细胞凋亡进化的另一种情况。他们认为早期的原核生物是捕食者，依赖细菌作为猎物。这些细菌为了应对捕食而产生毒素作为防御机制。随着时间的推移，这些细菌被驯化为真核细胞内的线粒体，它们的毒素进化成凋亡因子。

今天存在的不同AIF家族及其在远缘真核生物中的零星分布表明原线粒体中存在多种冗余毒素，并暗示原线粒体与其原真核宿主之间存在共同进化军备竞赛。

无论细胞凋亡是源于内共生毒素/抗毒素系统还是捕食者/猎物动态，该研究的发现都表明真核细胞内生与死之间错综复杂的平衡深深植根于线粒体的起源，这为研究开辟了新的途径深入了解线粒体和真核生物的共同进化，以及细胞死亡机制的古老起源。

此外，类似的方法可用于研究程序性细胞死亡之外的其他古老细胞机制，并询问合作伙伴/参与者之间的冲突在多大程度上推动了基因组特征的进化。

Kaczanowski和Zielenkiewicz指出，“未来的研究可能会揭示其他衰老机制的进化历史，并可能对衰老研究做出重大贡献”，并强调他们的研究具有更广泛的影响。