Peter Wolynes, de la Universidad Rice, y su equipo de investigación han revelado un gran avance en la comprensión de cómo evolucionan secuencias genéticas específicas, conocidas como pseudogenes. Su artículo fue publicado el 13 de mayo por la Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
Dirigido por Wolynes, profesor de ciencias de la Fundación DR Bullard-Welch, profesor de química, biociencias, física y astronomía y codirector del Centro de Física Biológica Teórica (CTBP), el equipo se centró en descifrar los complejos paisajes energéticos del planeta. secuencias de proteínas putativas evolucionadas correspondientes a pseudogenes.
Los pseudogenes son segmentos de ADN que alguna vez codificaron proteínas pero que desde entonces han perdido su capacidad para hacerlo debido a la degradación de la secuencia, un fenómeno conocido como devolución. Aquí, la devolución representa un proceso evolutivo ilimitado que ocurre sin las presiones evolutivas habituales que regulan las secuencias funcionales codificantes de proteínas.
A pesar de su estado inactivo, los pseudogenes ofrecen una ventana al viaje evolutivo de las proteínas.
«Nuestro artículo explica que las proteínas pueden evolucionar», dijo Wolynes. «Una secuencia de ADN puede, mediante mutaciones u otros medios, perder la señal que le indica que codifique una proteína. El ADN continúa mutando pero no tiene por qué conducir a una secuencia que pueda plegarse».
Los investigadores estudiaron el ADN basura en un genoma que ha evolucionado. Su investigación reveló que una acumulación de mutaciones en secuencias de pseudogenes generalmente altera la red nativa de interacciones estabilizadoras, lo que dificulta que estas secuencias, si fueran traducidas, se pliegan en proteínas funcionales.
Sin embargo, los investigadores observaron casos en los que ciertas mutaciones estabilizaron inesperadamente el plegamiento de pseudogenes a costa de alterar sus funciones biológicas anteriores.
Identificaron pseudogenes específicos, como la ciclofilina A, la profilina-1 y la pequeña proteína modificadora 2 similar a la ubiquitina, donde se produjeron mutaciones estabilizadoras en regiones cruciales para la unión a otras moléculas y otras funciones, lo que sugiere un equilibrio complejo entre la estabilidad de las proteínas y la actividad biológica.
Además, el estudio destaca la naturaleza dinámica de la evolución de las proteínas, ya que algunos genes previamente pseudogenizados pueden recuperar su función de codificación de proteínas con el tiempo a pesar de sufrir múltiples mutaciones.
Utilizando sofisticados modelos computacionales, los investigadores interpretaron la interacción entre los paisajes físicos plegables y los paisajes evolutivos de los pseudogenes. Sus hallazgos proporcionan evidencia de que el carácter de embudo de los paisajes plegables proviene de la evolución.
«Las proteínas pueden evolucionar y su capacidad de plegarse se ve comprometida con el tiempo debido a mutaciones u otros medios», dijo Wolynes. «Nuestro estudio ofrece la primera evidencia directa de que la evolución está dando forma al plegamiento de las proteínas».
Junto con Wolynes, el equipo de investigación incluye a la autora principal y estudiante graduada en física aplicada Hana Jaafari; Carlos Bueno, asociado postdoctoral del CTBP; el estudiante graduado de la Universidad de Texas en Dallas, Jonathan Martin; Faruck Morcos, profesor asociado del Departamento de Ciencias Biológicas de UT-Dallas; y el investigador de biofísica de CTBP, Nicholas P. Schafer.
Las implicaciones de esta investigación se extienden más allá de la biología teórica con aplicaciones potenciales en ingeniería de proteínas, dijo Jaafari.
«Sería interesante ver si alguien en un laboratorio pudiera confirmar nuestros resultados para ver qué sucede con los pseudogenes que eran más estables físicamente», dijo Jaafari. «Tenemos una idea basada en nuestro análisis, pero sería convincente obtener alguna validación experimental».