Algunos biólogos moleculares que estudian las proteínas que regulan las operaciones celulares, incluida Elizabeth Vierling de la Universidad de Massachusetts Amherst, no limitan su investigación a comprender los roles actuales de las moléculas. También profundizan en el pasado evolutivo de las proteínas para explorar quéLas estructuras han permitido que se desarrollen proteínas con nuevas funciones en respuesta a nuevas necesidades.
Un experto en cómo las plantas hacen frente al calor, el interés de Vierling durante muchos años ha sido las pequeñas proteínas de choque térmico HSP, que se acumulan en las plantas a altas temperaturas y parecen actuar como "chaperonas moleculares" para proteger a otras proteínas del daño.
Para el trabajo reportado en la edición actual de ciencia , Vierling, Indu Santhanagoplan y Eman Basha en UMass Amherst y el antiguo colaborador de Vierling, Justin Benesch y su grupo de la Universidad de Oxford, expertos en biofísica de proteínas, analizaron dos tipos de HSP pequeños para abordar lo que llaman un "rompecabezas evolutivo básico".Es decir, cómo dos tipos diferentes de HSP pequeños, Clase I y Clase II, evolucionaron de un tipo único hace más de 400 millones de años para formar dos tipos distintos con funciones diferentes.
"Siempre es importante tener en cuenta la evolución cuando se analiza la función de la proteína, porque proporciona información sobre las posibles diferencias funcionales, así como características importantes para la función", señala Vierling.
Ella explica: "Sabemos que los musgos, algunas de las primeras plantas que viven en la tierra, así como todas las demás plantas que vemos a nuestro alrededor, pueden hacer pequeños HSP de Clase I y II. También hemos demostrado que estosdos HSP pequeños tienen diferentes funciones, aunque no está claro exactamente cómo funcionan. Sin embargo, las algas que vinieron antes que las plantas terrestres solo tienen un tipo de estos HSP pequeños. Por lo tanto, en algún momento mientras las plantas desarrollaban funciones necesarias para vivir en la tierra, básicamente se duplicabansu único HSP pequeño para crear dos tipos de HSP pequeños, y esto debe haber sido ventajoso ".
Para que los HSP pequeños se dupliquen y evolucionen sería fácil, agrega, si cada uno actuara como una sola unidad. "Pero la mayoría de las proteínas funcionan en complejos", señala, "con socios de más de lo mismounidades de proteínas o diferentes. Esto hace que desarrollar una nueva función sea más difícil, porque una nueva función puede requerir cambiar de pareja. Las nuevas parejas no solo tienen que adaptarse entre sí, sino que también no tienen que ser promiscuas. Es decir, no pueden actuaren un complejo con la unidad original. Este es el caso de los pequeños HSP, que se ensamblan en dodecamers con 12 de las mismas unidades ".
"Hace millones de años, cuando tuvo lugar la pequeña duplicación de HSP", dice el biólogo molecular, "los dos habrían sido idénticos, como los clones. En algún momento, desarrollaron suficientes diferencias que ya no ensamblan más".Comenzaron a hacer cosas diferentes "
Para este trabajo, Vierling dice que su laboratorio aportó conocimiento sobre los dos HSP pequeños y la comprensión de sus diferencias funcionales. También crearon una proteína mutante importante para demostrar similitudes y diferencias estructurales entre los dos. El laboratorio de Benesch contribuyó con experiencia en la caracterización biofísica avanzada deproteínas, los principios de arquitectura y ensamblaje de proteínas, y la biofísica que los rodea.
Vierling dice que, por lo general, cuando los investigadores observan cómo se ensamblan las estructuras de proteínas, observan dónde se tocan las estructuras, porque allí es donde son compatibles. "Una de las nuevas comprensiones de este trabajo es que descubrimos que hay lugares lejos de la interacciónsuperficies que afectan si se pueden ensamblar o no. Por lo tanto, no se puede simplemente mirar dónde se contactan entre sí, sino también otros factores ".
Ella agrega, "Este documento hace toda la bioquímica y biofísica de fantasía para mostrar por qué estos dos HSP pequeños no pueden ensamblarse. La razón tiene que ver con la energía de la estructura final, y algunos de los datos pueden ser bastante esotéricos parabiólogos evolutivos. Pero debido a que los principios físicos controlan la estructura y la interacción de las proteínas, estos son factores importantes a considerar en los estudios de la evolución de las proteínas. Este trabajo también solidifica aún más el reconocimiento de que estos dos HSP pequeños deben tener papeles muy distintos en la célula ".
Además de los experimentos, el equipo usó simulaciones por computadora para ver cómo los cambios en la apariencia de las dos proteínas al chocar entre sí podrían afectar su capacidad de ensamblarse como dodecamers, o unidades de 12 partes.-los autores, Georg Hochberg, también hicieron un amplio análisis bioinformático de bases de datos de proteínas para poner el trabajo en un amplio contexto evolutivo.
Ella dice: "Cuando los datos se toman en conjunto, los cálculos de los parámetros físicos básicos podrían mostrar que era energéticamente favorable hacer dodecamers del mismo tipo de subunidad. Este fue el resultado no solo de cambios muy pequeños en las partes de la unidad.proteínas que se unen en el dodecamer, pero también debido a partes de la proteína que fracasan antes de que se unan. Esta información es de interés en relación con el diseño de complejos de proteínas que pueden funcionar de nuevas maneras ".
Además, los datos predijeron que los complejos con muchas unidades idénticas como los HSP pequeños de Clase I y II son de naturaleza rara, lo que sugiere que su importancia para las plantas no debe subestimarse y definir su modo de acción preciso en la protección de las plantas es un objetivo importanteVierling, quien es miembro del grupo de homeostasis de proteínas Modelos a Medicina M2M en el Instituto de Ciencias de la Vida Aplicadas de UMass Amherst, recibió el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. Y el Centro de Ciencias de la Vida de Massachusetts en este trabajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Massachusetts en Amherst . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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