The Power of an Evolutionary Perspective in Studies of Endocrinology
- 1. Kunming Institute of Zoology
- 2. Chinese Academy of Sciences
- 3. University of Toronto
- 4. Yunnan University
Description
Much of our understanding of the molecular basis of endocrinology has been the product of highly productive studies that have focused on specific molecules (e.g., hormones) and their specific immediate interacting partners. However, biomolecules are not isolated particles, but instead they are elements of highly integrated interaction networks, and specific interactions among them drive virtually all cellular functions and underlie phenotypic complexity and diversity. Many hormones, and their specific receptors and other interacting proteins, are known to be evolutionarily related, which raises intriguing questions concerning how specificity originated within these systems. Our previous studies have illustrated that biochemical entities are developmentally and evolutionarily fluid, with capabilities to be altered both in composition and behavior. Gene birth and death are widespread phenomena in genome evolution and accounts for the great diversity of gene families involved in endocrinology. While concordance of evolutionary histories both in pattern and process of hormones, receptors and interacting proteins might be expected for integrated systems, studies have shown that the evolutionary history of receptors need not mirror that of their ligands. Simultaneous emergence, or loss, of multiple interacting partners by multiple gene duplication or gene loss is unlikely in evolution. Gene duplication is essential in the development of complex endocrinology. It is creative in producing elements that allow evolutionary tinkering and thus plays a major role in gene co-option (i.e., recruitment for novel functions) facilitating the evolution of greater biological complexity. Alternatively, if an interacting partner is lost, the retained partner may either be subsequently lost or, more interestingly, serve as raw material in evolution and become recruited into a new interaction yielding a new function. Thus, a stepwise process of elaboration through mutation and optimization ensues, adapting genes (and their encoded proteins) into the physiology of an organism. Here we review several recent advances in our understanding of the evolution of hormone signalling pathways that illustrate the power of an evolutionary perspective. Among our
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
كان الكثير من فهمنا للأساس الجزيئي لعلم الغدد الصماء نتاج دراسات عالية الإنتاجية ركزت على جزيئات محددة (مثل الهرمونات) وشركائها المتفاعلين المباشرين المحددين. ومع ذلك، فإن الجزيئات الحيوية ليست جسيمات معزولة، ولكنها بدلاً من ذلك عناصر من شبكات التفاعل المتكاملة للغاية، والتفاعلات المحددة فيما بينها تدفع جميع الوظائف الخلوية تقريبًا وتكمن وراء التعقيد والتنوع الظاهري. من المعروف أن العديد من الهرمونات ومستقبلاتها المحددة والبروتينات المتفاعلة الأخرى مرتبطة تطوريًا، مما يثير أسئلة مثيرة للاهتمام حول كيفية نشأة الخصوصية داخل هذه الأنظمة. أوضحت دراساتنا السابقة أن الكيانات البيوكيميائية سائلة من الناحية التنموية والتطورية، مع قدرات يجب تغييرها في التركيب والسلوك. تعتبر الولادة والموت الجيني من الظواهر المنتشرة في تطور الجينوم وتفسر التنوع الكبير للعائلات الجينية المشاركة في علم الغدد الصماء. في حين أن التوافق بين التاريخ التطوري في كل من نمط وعملية الهرمونات والمستقبلات والبروتينات المتفاعلة قد يكون متوقعًا للأنظمة المتكاملة، فقد أظهرت الدراسات أن التاريخ التطوري للمستقبلات لا يحتاج إلى أن يعكس تاريخ روابطها. من غير المرجح أن يحدث ظهور أو فقدان متزامن لشركاء متفاعلين متعددين عن طريق تكرار الجينات المتعددة أو فقدان الجينات في التطور. الازدواجية الجينية ضرورية في تطوير الغدد الصماء المعقدة. إنه مبدع في إنتاج العناصر التي تسمح بالترقيع التطوري، وبالتالي يلعب دورًا رئيسيًا في اختيار الجينات (أي التوظيف لوظائف جديدة) مما يسهل تطور تعقيد بيولوجي أكبر. بدلاً من ذلك، إذا فقد شريك متفاعل، فقد يفقد الشريك المحتفظ به لاحقًا أو، بشكل أكثر إثارة للاهتمام، يكون بمثابة مادة خام في التطور ويصبح مجندًا في تفاعل جديد ينتج عنه وظيفة جديدة. وبالتالي، تترتب على ذلك عملية تدريجية للتطوير من خلال الطفرة والتحسين، وتكييف الجينات (وبروتيناتها المشفرة) في فسيولوجيا الكائن الحي. نستعرض هنا العديد من التطورات الحديثة في فهمنا لتطور مسارات إشارات الهرمونات التي توضح قوة المنظور التطوري. من بينTranslated Description (French)
Une grande partie de notre compréhension de la base moléculaire de l'endocrinologie est le produit d'études très productives qui se sont concentrées sur des molécules spécifiques (par exemple, les hormones) et leurs partenaires d'interaction immédiate spécifiques. Cependant, les biomolécules ne sont pas des particules isolées, mais plutôt des éléments de réseaux d'interaction hautement intégrés, et des interactions spécifiques entre elles entraînent pratiquement toutes les fonctions cellulaires et sous-tendent la complexité et la diversité phénotypiques. De nombreuses hormones, ainsi que leurs récepteurs spécifiques et d'autres protéines en interaction, sont connus pour être liés à l'évolution, ce qui soulève des questions intrigantes quant à l'origine de la spécificité au sein de ces systèmes. Nos études précédentes ont démontré que les entités biochimiques sont fluides sur le plan du développement et de l'évolution, avec des capacités à être modifiées à la fois dans la composition et le comportement. La naissance et la mort des gènes sont des phénomènes répandus dans l'évolution du génome et expliquent la grande diversité des familles de gènes impliquées dans l'endocrinologie. Alors que la concordance des histoires évolutives à la fois dans le modèle et le processus des hormones, des récepteurs et des protéines en interaction pourrait être attendue pour les systèmes intégrés, des études ont montré que l'histoire évolutive des récepteurs n'a pas besoin de refléter celle de leurs ligands. L'émergence ou la perte simultanée de plusieurs partenaires en interaction par la duplication de plusieurs gènes ou la perte de gènes est peu probable au cours de l'évolution. La duplication génique est essentielle dans le développement de l'endocrinologie complexe. Il est créatif dans la production d'éléments qui permettent le bricolage évolutif et joue donc un rôle majeur dans la cooptation des gènes (c.-à-d., le recrutement pour de nouvelles fonctions) facilitant l'évolution d'une plus grande complexité biologique. Alternativement, si un partenaire en interaction est perdu, le partenaire retenu peut être perdu par la suite ou, plus intéressant encore, servir de matière première dans l'évolution et être recruté dans une nouvelle interaction produisant une nouvelle fonction. Ainsi, un processus d'élaboration par étapes par mutation et optimisation s'ensuit, adaptant les gènes (et leurs protéines codées) à la physiologie d'un organisme. Nous passons ici en revue plusieurs avancées récentes dans notre compréhension de l'évolution des voies de signalisation hormonale qui illustrent le pouvoir d'une perspective évolutive. Parmi nosTranslated Description (Spanish)
Gran parte de nuestra comprensión de las bases moleculares de la endocrinología ha sido el producto de estudios altamente productivos que se han centrado en moléculas específicas (por ejemplo, hormonas) y sus compañeros de interacción inmediatos específicos. Sin embargo, las biomoléculas no son partículas aisladas, sino que son elementos de redes de interacción altamente integradas, y las interacciones específicas entre ellas impulsan prácticamente todas las funciones celulares y subyacen a la complejidad y diversidad fenotípica. Se sabe que muchas hormonas, y sus receptores específicos y otras proteínas que interactúan, están relacionadas evolutivamente, lo que plantea preguntas intrigantes sobre cómo se originó la especificidad dentro de estos sistemas. Nuestros estudios anteriores han ilustrado que las entidades bioquímicas son fluidas desde el punto de vista del desarrollo y la evolución, con capacidades para ser alteradas tanto en la composición como en el comportamiento. El nacimiento y la muerte de genes son fenómenos generalizados en la evolución del genoma y explican la gran diversidad de familias de genes involucradas en la endocrinología. Si bien podría esperarse una concordancia de las historias evolutivas tanto en el patrón como en el proceso de las hormonas, los receptores y las proteínas que interactúan para los sistemas integrados, los estudios han demostrado que la historia evolutiva de los receptores no necesita reflejar la de sus ligandos. La aparición simultánea, o pérdida, de múltiples parejas que interactúan por duplicación de múltiples genes o pérdida de genes es poco probable en la evolución. La duplicación génica es esencial en el desarrollo de la endocrinología compleja. Es creativo en la producción de elementos que permiten el retoque evolutivo y, por lo tanto, desempeña un papel importante en la cooptación de genes (es decir, el reclutamiento para funciones novedosas) facilitando la evolución de una mayor complejidad biológica. Alternativamente, si se pierde un socio que interactúa, el socio retenido puede perderse posteriormente o, lo que es más interesante, servir como materia prima en la evolución y ser reclutado en una nueva interacción que produzca una nueva función. Por lo tanto, se produce un proceso gradual de elaboración a través de la mutación y la optimización, adaptando los genes (y sus proteínas codificadas) a la fisiología de un organismo. Aquí repasamos varios avances recientes en nuestra comprensión de la evolución de las vías de señalización hormonal que ilustran el poder de una perspectiva evolutiva. Entre nuestrosFiles
24132.pdf
Files
(528.6 kB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:cfa1d0a4b05e1a7983aa4c6a07068667
|
528.6 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- قوة المنظور التطوري في دراسات الغدد الصماء
- Translated title (French)
- Le pouvoir d'une perspective évolutive dans les études d'endocrinologie
- Translated title (Spanish)
- El poder de una perspectiva evolutiva en los estudios de endocrinología
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W1600667206
- DOI
- 10.5772/17974
References
- https://openalex.org/W1506595640
- https://openalex.org/W1616806865
- https://openalex.org/W1667273164
- https://openalex.org/W167052040
- https://openalex.org/W1760801431
- https://openalex.org/W1963858560
- https://openalex.org/W1964996255
- https://openalex.org/W1965778443
- https://openalex.org/W1966803394
- https://openalex.org/W1966969061
- https://openalex.org/W1971231926
- https://openalex.org/W1971789908
- https://openalex.org/W1978151984
- https://openalex.org/W1980453911
- https://openalex.org/W1985051436
- https://openalex.org/W1987811475
- https://openalex.org/W1988714210
- https://openalex.org/W1990871318
- https://openalex.org/W1995353831
- https://openalex.org/W1995734405
- https://openalex.org/W1996713062
- https://openalex.org/W1999716558
- https://openalex.org/W2002514583
- https://openalex.org/W2006095950
- https://openalex.org/W2009088119
- https://openalex.org/W2015162301
- https://openalex.org/W2015979867
- https://openalex.org/W2017518223
- https://openalex.org/W2018526864
- https://openalex.org/W2020060564
- https://openalex.org/W2022832486
- https://openalex.org/W2029646761
- https://openalex.org/W2030762309
- https://openalex.org/W2031754225
- https://openalex.org/W2036849525
- https://openalex.org/W2037328290
- https://openalex.org/W2038202097
- https://openalex.org/W2038890085
- https://openalex.org/W2039160763
- https://openalex.org/W2040735958
- https://openalex.org/W2041170339
- https://openalex.org/W2046922236
- https://openalex.org/W2047405437
- https://openalex.org/W2049888624
- https://openalex.org/W2050931629
- https://openalex.org/W2052378311
- https://openalex.org/W2057712755
- https://openalex.org/W2058803523
- https://openalex.org/W2064912476
- https://openalex.org/W2065127848
- https://openalex.org/W2065980172
- https://openalex.org/W2066566113
- https://openalex.org/W2070233667
- https://openalex.org/W2080562629
- https://openalex.org/W2082048876
- https://openalex.org/W2085536145
- https://openalex.org/W2101093228
- https://openalex.org/W2102176540
- https://openalex.org/W2110146147
- https://openalex.org/W2116860806
- https://openalex.org/W2117526623
- https://openalex.org/W2120116487
- https://openalex.org/W2125365332
- https://openalex.org/W2128686258
- https://openalex.org/W2130914282
- https://openalex.org/W2132432001
- https://openalex.org/W2135021437
- https://openalex.org/W2135123683
- https://openalex.org/W2135340140
- https://openalex.org/W2135740919
- https://openalex.org/W2135900956
- https://openalex.org/W2136578623
- https://openalex.org/W2136740235
- https://openalex.org/W2139789471
- https://openalex.org/W2140048793
- https://openalex.org/W2140137473
- https://openalex.org/W2147909079
- https://openalex.org/W2152578678
- https://openalex.org/W2152984678
- https://openalex.org/W2156642978
- https://openalex.org/W2160282582
- https://openalex.org/W2160401579
- https://openalex.org/W2163456630
- https://openalex.org/W2163865122
- https://openalex.org/W2167368612
- https://openalex.org/W2167680767
- https://openalex.org/W2171064044
- https://openalex.org/W2743393802
- https://openalex.org/W97190716