Cómo difieren las proteínas entre las especies.
Para comprender mejor lo que impulsa la diversidad biológica en la Tierra, los científicos se han fijado históricamente en las diferencias genéticas entre especies. Pero esto sólo ofrece una parte del panorama. Los rasgos de una especie concreta no son sólo el resultado de sus genes, sino también de las proteínas que esos genes codifican. Por tanto, comprender las diferencias entre los proteomas de las especies, o todas las proteínas que pueden expresarse, es tan importante como entender las diferencias entre los genomas.
En un nuevo estudio, los investigadores de la Universidad de Yale han comparado los proteomas de las células de la piel de 11 mamíferos, lo que, dicen, ayudará a los científicos a comprender los factores moleculares de la biodiversidad y cómo han evolucionado a lo largo del tiempo.
Descubrieron que, si bien muchas proteínas varían de forma similar tanto entre especies como dentro de ellas, algunas son más variables entre especies, lo que proporciona pistas sobre qué proteínas podrían ser más importantes en la evolución de los mamíferos. El trabajo también podría ayudar a los investigadores a entender por qué algunas especies son más resistentes al cáncer.
"Para entender la diversidad biológica, además de saber cómo el ADN es diferente en las distintas especies, también hay que saber cómo las especies se comportan, se desarrollan y tienen un aspecto diferente", dijo Günter Wagner, profesor emérito de Ecología y Biología Evolutiva Alison Richard.
Y se cree que estos atributos, el aspecto, el comportamiento y el desarrollo de una especie, están más relacionados con los niveles de proteínas que con el ADN, explicó Yansheng Liu, profesor adjunto de farmacología de la Facultad de Medicina de la Universidad de Yale.
Sin embargo, comparar las cantidades de proteínas entre especies ha sido difícil, ya que no ha existido la tecnología necesaria para realizar análisis a gran escala. Pero Liu ha aplicado un método llamado espectrometría de masas de adquisición independiente de datos que ahora permite a los investigadores realizar este tipo de trabajo.
"Se trata de un avance conceptual y técnico que nos permite trabajar a este nivel superior y funcionalmente más relevante", dijo Wagner.
Liu es miembro del Instituto de Biología del Cáncer de Yale y Wagner es miembro del Instituto de Biología de Sistemas, ambos situados en el Campus Oeste de Yale. Fue allí, durante un simposio de biología de sistemas del cáncer al que ambos asistieron, donde comenzó su colaboración.
Para el estudio, los investigadores cuantificaron todas las proteínas expresadas en las células de la piel de 11 especies de mamíferos: conejos, ratas, monos, humanos, ovejas, vacas, cerdos, perros, gatos, caballos y zarigüeyas.
El análisis, según descubrieron, proporcionaba información que no podía obtenerse mediante otras técnicas. Por ejemplo, si bien las investigaciones anteriores han analizado las diferencias en el ARNm, el material genético utilizado para crear proteínas, descubrieron que la medición de las proteínas proporcionaba información adicional que no podía captarse analizando únicamente el ARNm, ya que éste es sólo una medida indirecta de la abundancia de proteínas.
Una cadena de ARNm lleva el código para crear una proteína. Y mientras que las proteínas individuales pueden tener una función concreta, las proteínas también pueden interactuar entre sí y actuar como grupos, explicó Liu. El mero hecho de observar el ARNm no proporciona esa información.
"Descubrimos que, sobre todo en el caso de ciertas clases de proteínas, la relación de éstas con el ARNm es muy baja", dijo Liu. "Eso significa que el perfil de ARNm por sí solo sería engañoso".
A continuación, el equipo examinó la variación de las proteínas tanto entre especies como entre individuos de la misma especie, y descubrió que, para la mayoría de las proteínas, los niveles que eran más variables entre individuos también lo eran entre especies. Pero había algunas proteínas que no se ajustaban a esa tendencia.
Por ejemplo, las proteínas relacionadas con la división celular y el metabolismo del ARN eran más variables entre especies que entre individuos de una misma especie (los humanos, en este caso). Esto sugiere que esas funciones desempeñan un papel especialmente importante en la evolución de los mamíferos, dijeron los investigadores.
"Las diferencias entre especies y entre individuos son muy interesantes desde el punto de vista evolutivo", dijo Wagner. "Comparar las dos nos da una idea de cuánta variación se tolera dentro de una especie y podemos utilizar esa información para predecir la capacidad de evolución".
Por último, los investigadores compararon los sistemas de eliminación de proteínas entre especies. Hay dos sistemas principales responsables de la eliminación de proteínas en las células, y descubrieron que uno era similar en todas las especies, mientras que el otro presentaba bastantes variaciones entre los distintos mamíferos.
Este recambio de proteínas determina la rapidez con la que una célula puede cambiar su estado, añadió Wagner. "Si llega una nueva señal, la célula tiene que desechar las proteínas que eran necesarias para su estado anterior y crear otras nuevas", dijo.
Y la rapidez con la que una célula cambia de estado podría ser relevante para el cáncer.
"Las células sanas pueden verse influidas por las células cancerosas cercanas", afirma Wagner. "Será importante entender si las tasas de recambio de proteínas están relacionadas con la reactividad de las células a las influencias de las células tumorales. Quizá las especies más resistentes al cáncer, como los animales con pezuñas, como las vacas y los cerdos, tengan células menos capaces de cambiar de estado y menos susceptibles a las señales de las células cancerosas."
Y comprender la vulnerabilidad al cáncer es sólo una de las posibles aplicaciones de este trabajo, dicen los investigadores. Por ejemplo, pueden empezar a correlacionar las diferencias de las proteínas con cualquier otro rasgo que difiera entre especies, dice Liu.
Las proteínas están sujetas a modificaciones químicas, que se producen cuando otras moléculas se unen a una proteína y la activan o desactivan. Y estas modificaciones contribuyen a los rasgos que difieren entre las especies y dentro de ellas, ya que desempeñan un papel importante que influye en la función de las proteínas.
Los investigadores evaluaron un tipo de modificación en este estudio, la fosforilación, y descubrieron que las variaciones en los niveles de fosforilación no estaban relacionadas, en su mayor parte, con las variaciones en la abundancia de proteínas, lo que proporciona otra capa de comprensión sobre lo que impulsa la biodiversidad. Los investigadores seguirán evaluando otras modificaciones en futuros trabajos.
"Proporcionará una imagen más completa", dijo Liu, añadiendo que las variabilidades biológicas entre especies e individuos son las que dan forma a la diversidad biológica en la Tierra. "Medir las diferencias tanto de las proteínas como de las proteínas modificadas entre las especies hará avanzar nuestra comprensión de la biodiversidad a nivel molecular".
Fuente de la historia: Materiales proporcionados por la Universidad de Yale. Original escrito por Mallory Locklear.
Universidad de Yale. "Las raíces de la biodiversidad: Cómo difieren las proteínas entre las especies". ScienceDaily. ScienceDaily, 9 de septiembre de 2022. <www.sciencedaily.com/releases/2022/09/220909160312.htm>.
Por: Erik Farina (Etólogo Canino)
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