Vše, co jste chtěli vědět o evoluci insulinových receptorů u hmyzu, ale báli jste se zeptat

Popis obrázku: (A) Schématický fylogenetický strom popisující významné duplikace (modře) během evoluce inzulinových receptorů hmyzu a dvě nezávislé ztráty tyrozinové kinázy (červeně) vedoucí ke vzniku DR2 a SDR. (B) 3D strukturní model dimerů inzulinového receptoru a DR2. (C) Schematický popis hlavních proteinových domén insulinového receptoru a odvozených DR2 a SDR.

Při vyslovení termínu inzulin se nám obvykle vybaví onemocnění cukrovka, diabetes mellitus. Inzulinová signalizace ale představuje evolučně konzervovanou dráhu známou u všech živočichů a nalezneme ji například i u mořských hub (Porifera). Úloha inzulinové signalizace je velmi podrobně prozkoumána u hmyzu, kde řídí a ovlivňuje přímo nebo napojením na další signalizační dráhy celou řadu životních procesů, například: raný postembryonální vývoj, velikost těla, reprodukci, sezónní adaptace, chování, metabolismus, délku života nebo některé formy polyfenismu (fenotypické variability určené vnějšími podmínkami; mezi příklady polyfenismu patří letní/zimní zbarvení polární lišky a hranostaje, sezónní formy babočky síťkované, hmyzí kasty). Inzulin je hormon, k jehož signalizaci je potřeba transmembránový receptor vytvořený z dvojice poměrně dlouhých proteinů. Ty procházejí buněčnou membránou, přičemž na vnější straně leží část receptoru vázající hormon (inzulin), uvnitř buňky je pak tyrozinová kináza, která je právě navázáním hormonu aktivována a jejímž prostřednictvím je signál zprostředkováván dále do buňky.

U některých druhů hmyzu byl identifikován pouze jeden inzulinový receptor, byly ale známy příklady skupin se dvěma i třemi geny pro inzulinové receptory. Proto jsme provedli systematickou studii a detailně prozkoumali receptory u 118 druhů reprezentující 23 hmyzích řádů. Ukázalo se, že hmyzí inzulinové receptory obecně spadají do dvou fylogenetických klastrů, které jsou výsledkem genové duplikace, k níž došlo nejpravděpodobněji u hmyzu ještě před vznikem křídel. Na nižších taxonomických úrovních nacházíme další duplikace a případné ztráty receptorových genů. Podstatným a doposud opomíjeným rysem evoluce inzulinových receptorů je ztráta tyrozinové kinázy, jež tak zabrání zprostředkování signálu do buňky, nicméně takto zkrácený ‚decoy of insulin receptor‘, česky bychom mohli říci návnada, může hormon vyvazovat a tím přímo ovlivňovat inzulinovou signalizaci. Ukazuje se, že oba fylogenetické klastry obsahují takovéto ‚decoy of insulin receptor‘. V případě zde nově objeveného ‚decoy of insulin receptor 2 (DR2)’ se jedná o gen jež se vznikl u společného předka motýlů, dvoukřídlích a srpic před nejméně 300 milióny let, tedy podstatně dříve než se na naší planetě objevili první dinosauři.

V této studii jsme též otestovali úlohu tří inzulinových receptorů ruměnice pospolné (Pyrrhocoris apterus) a určili jejich úlohu ve vzniku křídelního polymorfismu. Ukazuje se, že inzulinová signalizace je sice zapojená v určení délky hmyzího křídla, nicméně mechanismus se mezi jednotlivými skupinami liší.

Smýkal V., Pivarči M., Provazník J., Bazalová O., Jedlička P., Lukšan O., Horák A., Vaněčková H., Beneš V., Fiala I., Hanus R., Doležel D. (2020) Complex evolution of insect insulin receptors and homologous decoy receptors, and functional significance of their multiplicity. Molecular Biology and Evolution, in press, Published online 26 February 2020, msaa048, https://doi.org/10.1093/molbev/msaa048