Эволюционный выбор между холестерином и эргостерином

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Биосинтез стеринов появился на ранних этапах эволюции эукариот. У большинства животных, а также у примитивных грибов, основным стерином является холестерин. В процессе эволюции грибы приобрели способность синтезировать эргостерин. Путь его биосинтеза более сложен, чем путь биосинтеза холестерина. Тем не менее эволюционный выбор большинства грибов остался именно за эргостерином, и причина этого выбора до сих пор обсуждается. В большинстве работ на эту тему выбор большинства грибов связывают с переходом к жизни на суше и, следовательно, с опасностью обезвоживания клеток. В нашем обзоре мы не соглашаемся с этой точкой зрения. Вероятно, по сравнению с холестерином, эргостерин обладает более выраженными антиоксидантными свойствами. Действительно, наличие трех, а не одной, как у холестерина, двойных связей в структуре молекулы увеличивает вероятность взаимодействия с активными формами кислорода. Возможно, переход к жизни на суше потребовал дополнительной антиоксидантной защиты. Вследствие вышеупомянутых структурных различий молекула холестерина, очевидно, является более гибкой, чем молекула эргостерина. Экспериментальные данные указывают, что это качество обеспечивает более высокую, чем у грибов, гибкость мембран, а также более высокую способность компенсировать нарушения упаковки фосфолипидов мембраны. Возможно, эти качества холестерина для клеток животных оказались важнее, чем антиоксидантные, что и предопределило их эволюционный выбор стерина.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. С. Соколов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: severin@belozersky.msu.ru

НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского

Россия, 119991 Москва

С. А. Акимов

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: severin@belozersky.msu.ru
Россия, Москва, 119071

Ф. Ф. Северин

aМосковский государственный университет им. М.В. Ломоносова, , 119991 Москва, Россия

Автор, ответственный за переписку.
Email: severin@belozersky.msu.ru

НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского

Россия, Moscow, 119991

Список литературы

  1. Mouritsen O.G., Zuckermann M.J. 2004. What’s so special about cholesterol? Lipids. 39, 1101–1113.
  2. Miao L., Nielsen M., Thewalt J., Ipsen J.H., Bloom M., Zuckermann M.J., Mouritsen O.G. 2002. From lanosterol to cholesterol: Structural evolution and differential effects on lipid bilayers. Biophys. J. 82, 1429–1444.
  3. Staneva G., Chachaty C., Wolf C., Quinn P.J. 2010. Comparison of the liquid-ordered bilayer phases containing cholesterol or 7-dehydrocholesterol in modeling Smith-Lemli-Opitz syndrome. J. Lip. Res. 51, 1810–1822.
  4. Dupont S., Lemetais G., Ferreira T., Cayot P., Gervais P., Beney L. 2012. Ergosterol biosynthesis: A fungal pathway for life on land? Evolution. 66, 2961–2968.
  5. Böcking T., Barrow K.D., Netting A.G., Chilcott T.C., Coster H.G., Höfer M. 2000. Effects of singlet oxygen on membrane sterols in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Eur. J. Biochem. 267, 1607–1618.
  6. Fuller N., Rand R.P. 2001. The influence of lysolipids on the spontaneous curvature and bending elasticity of phospholipid membranes. Biophys. J. 81, 243–254.
  7. Kollmitzer B., Heftberger P., Rappolt M., Pabst G. 2013. Monolayer spontaneous curvature of raft-forming membrane lipids. Soft Matter. 9, 10877–10884.
  8. Tazawa K., Yamazaki M. 2023. Effect of monolayer spontaneous curvature on constant tension-induced pore formation in lipid bilayers. J. Chem. Phys. 158, 081101.
  9. Chernomordik L.V., Melikyan G.B., Dubrovina N.I., Abidor I.G., Chizmadzhev Y.A. 1984. Solvent-free bilayers from squalene solutions of phospholipids. Bioelectrochem. Bioenerg. 12, 155–166.
  10. Rice A., Zimmerberg J., Pastor R.W. 2023. Initiation and evolution of pores formed by influenza fusion peptides probed by lysolipid inclusion. Biophys. J. 122, 1018–1032.
  11. Neto A.J., Cordeiro R.M. 2016. Molecular simulations of the effects of phospholipid and cholesterol peroxidation on lipid membrane properties. Biochim. Biophys. Acta. 1858, 2191–2198.
  12. Карпунин Д.В., Акимов С.А., Фролов В.А. 2005. Формирование пор в плоских липидных мембранах, содержащих лизолипиды и холестерин. Биол. мембраны. 22, 429–432.
  13. Dupont S., Fleurat-Lessard P., Cruz R.G., Lafarge C., Grangeteau C., Yahou F., Gerbeau-Pissot P., Abrahão Júnior O., Gervais P., Simon-Plas F., Cayot P., Beney L. 2021. Antioxidant properties of ergosterol and its role in yeast resistance to oxidation. Antioxidants. 10, 1024.
  14. Li Y., Ran Q., Duan Q., Jin J., Wang Y., Yu L., Wang C., Zhu Z., Chen X., Weng X., Li Z., Wang J., Wu Q., Wang H., Tian H., Song S., Shan Z., Zhai Z., Qin H., Chen S., Fang L., Yin H., Zhou H., Jiang X., Wang P. 2024. 7-Dehydrocholesterol dictates ferroptosis sensitivity. Nature. 626, 411–418.
  15. Porter F.D. 2008. Smith–Lemli–Opitz syndrome: Pathogenesis, diagnosis and management. Eur. J. Human Genetics. 16, 535–541.
  16. Kono Y., Ishibashi Y., Fukuda S., Higuchi T., Tani M. 2023. Simultaneous structural replacement of the sphingoid long‐chain base and sterol in budding yeast. FEBS J. 290, 5605–5627.
  17. Wiseman H. 1993. Vitamin D is a membrane antioxidant. Ability to inhibit iron‐dependent lipid peroxidation in liposomes compared to cholesterol, ergosterol and tamoxifen and relevance to anticancer action. FEBS Lett. 326, 285–288.
  18. Wiseman H., Cannon M., Arnstein H.R., Halliwel B. 1990. Mechanism of inhibition of lipid peroxidation by tamoxifen and 4-hydroxytamoxifen introduced into liposomes: Similarity to cholesterol and ergosterol. FEBS Lett. 274, 107–110.
  19. Bagiński M., Tempczyk A., Borowski E. 1989. Comparative conformational analysis of cholesterol and ergosterol by molecular mechanics. Eur. Biophys. J. 17, 159–166.
  20. Melo M.N., Ingólfsson H.I., Marrink S.J. 2015. Parameters for Martini sterols and hopanoids based on a virtual-site description. J. Chem. Phys. 143, 243152.
  21. Galván-Hernández A., Kobayashi N., Hernández-Cobos J., Antillón A., Nakabayashi S., Ortega-Blake I. 2020. Morphology and dynamics of domains in ergosterol or cholesterol containing membranes. Biochim. Biophys. Acta. 1862, 183101.
  22. Henriksen J., Rowat A.C., Ipsen J.H. 2004. Vesicle fluctuation analysis of the effects of sterols on membrane bending rigidity. Eur. Biophys. J. 33, 732–741.
  23. Kohl L., Gull K. 1998. Molecular architecture of the trypanosome cytoskeleton. Mol. Biochem. Parasitol. 93, 1–9.
  24. Allen C.L., Goulding D., Field M.C. 2003. Clathrin-mediated endocytosis is essential in Trypanosoma brucei. EMBO J. 22, 4991–5002.
  25. Johannes L., Lamaze C. 2002. Clathrin‐dependent or not: Is it still the question? Traffic. 3, 443–451.
  26. Simons K., Ikonen E. 1997. Functional rafts in cell membranes. Nature. 387, 569–572.
  27. Frallicciardi J., Melcr J., Siginou P., Marrink S.J., Poolman B. 2022. Membrane thickness, lipid phase and sterol type are determining factors in the permeability of membranes to small solutes. Nat. Commun. 13, 1605.
  28. Staneva G., Osipenko D.S., Galimzyanov T.R., Pavlov K.V., Akimov S.A. 2016. Metabolic precursor of cholesterol causes formation of chained aggregates of liquid-ordered domains. Langmuir. 32, 1591–1600.
  29. Montañés F.M., Pascual‐Ahuir A., Proft M. 2011. Repression of ergosterol biosynthesis is essential for stress resistance and is mediated by the Hog1 MAP kinase and the Mot3 and Rox1 transcription factors. Mol. Microbiol. 79, 1008–1023.
  30. Sokolov S.S., Popova M.M., Pohl P., Horner A., Akimov S.A., Kireeva N.A., Knorre D.A., Batishchev O.V., Severin F.F. 2022. Structural role of plasma membrane sterols in osmotic stress tolerance of yeast Saccharomyces cerevisiae. Membranes. 12, 1278.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Химические структуры стеринов: а – эргостерин; б – холестерин; в – 7-дегидрохолестерин.

Скачать (526KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024