CIENCIAS NATURALES: Ciencias de la Vida

Resucitan proteínas de animales de 100 millones de años para deducir su tamaño

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Un estudio llevado a cabo por investigadores del centro vasco CIC nanoGUNE ha reconstruido experimentalmente fragmentos de titina del ancestro común de los mamíferos y todos los tetrápodos, entre otros. Con estos datos han podido medir sus propiedades mecanoquímicas y han encuentrado una correlación entre las propiedades de la proteína medidas en nanoescala y el tamaño de los animales.

SINC | | 05 julio 2017 10:10

<p>David De Sancho, Raul Pérez-Jimenez y Aitor Manteca, tres de los investigadores que han participado en la investigación / CIC nanoGUNE</p>

David De Sancho, Raul Pérez-Jimenez y Aitor Manteca, tres de los investigadores que han participado en la investigación / CIC nanoGUNE

El investigador Ikerbasque Raúl Pérez-Jiménez, del grupo Nanobiomecánica de nanoGUNE, ha dirigido una investigación en la que, partiendo de las secuencias genéticas de la proteína titina de animales actuales, han reconstruido el árbol filogenético de los tetrápodos (todos los animales con cuatro extremidades, que incluye mamíferos, saurópsidos, reptiles y anfibios), y la secuencia genética que tendría esta proteína en los ancestros comunes de estos grupos animales.

Una vez obtenidas estas secuencias genéticas, han sintetizado una parte de las proteínas ancestrales, y estudiado sus propiedades mecánicas y químicas. Esto les ha permitido encontrar una relación entre las propiedades de la proteína y el tamaño de los animales, que han podido confirmar en el registro fósil de cada época. La revista  Nature Structural & Molecular Biology acaba de publicar los resultados obtenidos por el grupo de nanoGUNE en colaboración con el CNIC.

Una vez obtenidas estas secuencias genéticas, han sintetizado una parte de las proteínas ancestrales, y estudiado sus propiedades mecánicas y química

La titina es una de las proteínas que componen los músculos de todos los animales vertebrados, una proteína elástica, que actúa como un muelle, desplegándose y volviendo a su estado original. “La evolución de las proteínas se ha estudiado desde muchos puntos de vista: su estabilidad térmica, su función, la estructura, pero nadie había estudiado nunca la evolución de las propiedades mecánicas de una proteína. Y para la titina éste es un planteamiento especialmente apropiado, dada su función”, comenta Pérez-Jiménez.

El árbol filogenético de las titinas

Para la investigación eligieron más de treinta animales, de diferentes grupos taxonómicos y tamaños. “Ya se disponía del genoma completo de muchos animales, por lo que lo primero que hicimos fue construir un árbol filogenético con las secuencias de las titinas de una treintena de tetrápodos. Este árbol nos permitió calcular las secuencias más probables de la proteína titina de cuatro ancestros comunes de los grupos taxonómicos a los que pertenecen estos animales: los mamíferos placentados, de hace unos 100 millones de años, y el conjunto de mamíferos, de hace 170-180 millones de años; el ancestro común de los saurópsidos, que sería el ancestro común de todas las aves, los reptiles y también los dinosaurios, y vivió hace unos 280 millones de años, y el ancestro común de todos ellos, que sería el ancestro común de los tetrápodos, de hace unos 350 millones de años”, detalla Pérez-Jiménez.

Una vez tuvieron las secuencias, sintetizaron el fragmento más elástico de las proteínas en el laboratorio, y con un microscopio de fuerza atómica del que disponen en nanoGUNE pudieron medir la resistencia mecánica de cada una de las proteínas. Este aparato “permite, literalmente, tomar una proteína y estirarla, desplegarla mecánicamente utilizando fuerza, que es algo similar a lo que experimenta la titina en el músculo”, comenta el investigador.

Así, pudieron comparar la resistencia o estabilidad de todas las titinas objeto de estudio. En ese estudio “nos dimos cuenta de que la estabilidad mecanoquímica de las proteínas dependía en parte del número de puentes disulfuro que presentara la titina, que son enlaces azufre-azufre entre dos residuos cisteína”.

"Vimos una correlación bastante buena: los animales más grandes tenían proteínas menos estables, y los más pequeños proteínas más estables", dice Pérez-Jiménez

Según pudieron observar, “las proteínas ancestrales eran más resistentes que las de los animales actuales, y tenían más puentes disulfuro que las modernas. Sin embargo, esta diferencia no era tan grande comparada con un animal pequeño como el pinzón”. Este hecho les hizo pensar que podía haber relación entre las propiedades mecanoquímicas de la titina y el tamaño de los animales.

“Vimos una correlación bastante buena: los animales más grandes tenían proteínas menos estables, y los más pequeños proteínas más estables. Y esto nos permitió predecir el tamaño de los animales ancestrales”.

Una vez dedujeron el tamaño de los ancestros comunes, el grupo de Pérez-Jiménez los comparó con los registros fósiles y la bibliografía científica que había al respecto, y “pudimos ver que coincidían bastante, los ancestros de mamiferos, aves y en general tetrápodos eran realmente pequeños, de menos de 100 gramos; aunque, evidentemente, tenemos un margen de error inherente a las propias técnicas. Podría no ser sorprendente, ya que se puede considerar que es una información que ya se conocía, pero lo novedoso aquí es que no utilizamos un fósil, sino que partimos de una proteína reconstruida, una información puramente orgánica”, remarca el investigador.

Pérez-Jiménez considera que “lo interesante es que hemos visto esa evolución mecanoquímica, cómo ha ido cambiando la titina a lo largo de la evolución, y cómo hemos podido reconstruirla”. Estos resultados darán pie a seguir investigando. “Nos gustaría ver, por ejemplo, si esa correlación que existe con el tamaño es realmente global, si se da en todos los grupos animales”, concluye.

Referencia bibliográfica:

A. Manteca, J. Schönfelder, A. Alonso-Caballero, M. J. Fertin, N. Barruetabeña, B. F. Faria , E. Herrero-Galán, J. Alegre-Cebollada, D. De Sancho, and R. Perez-Jimenez. "Mechanochemical evolution of the giant muscle protein titin as inferred from resurrected proteins" Nature Structural & Molecular Biology, July 2017. DOI: 10.1038/nsmb.3426

Zona geográfica: País Vasco
Fuente: CIC nanoGUNE

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