Proteínas como expresión de la biodiversidad

Para comprender mejor qué impulsa la diversidad biológica en la Tierra, los científicos han analizado históricamente las diferencias genéticas entre las especies. Pero este análisis no resulta suficiente. Los rasgos de una especie en particular son también el resultado de las proteínas codificadas por sus genes. Comprender las diferencias entre los proteomas de las especies es tan importante como comprender las diferencias entre los genomas. A pesar de la secuenciación escalable de nucleótidos realizada en biología evolutiva, son en última instancia las abundancias y actividades de proteínas las que, en gran parte, definen el fenotipo del organismo. mientras que las proteínas individuales pueden tener una función particular, las proteínas también pueden interactuar entre sí y actuar como grupos. Solo analizar el mRNA no proporciona esa información.

En un nuevo estudio, publicado en Science Advances, investigadores de la Yale University compararon los proteomas de las células de la piel de 11 mamíferos, lo que ayudará a comprender los impulsores moleculares de la biodiversidad y cómo estos factores han evolucionado con el tiempo.

Descubrieron que, si bien muchas proteínas son igualmente variables tanto entre especies como dentro de ellas, algunas proteínas son más variables entre especies, lo que proporciona pistas sobre qué proteínas podrían ser más importantes en la evolución de los mamíferos.

Sin embargo, comparar las cantidades de proteínas entre especies ha sido difícil, ya que no existía la tecnología para realizar análisis a gran escala. En este trabajo se ha aplicado un método llamado espectrometría de masas de adquisición independiente de datos (Data-independent acquisition mass spectrometry). El análisis proporcionó información que no se podía obtener a través de otras técnicas, como el análisis de las diferencias en el mRNA, el material genético utilizado para crear proteínas, ya que el mRNA es solo una medida indirecta de la abundancia de proteínas y medir las proteínas proporcionaba información adicional. Según los investigadores, para ciertas clases de proteínas, la relación de la proteína con el mRNA es muy baja.

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. Luego, el equipo analizó la variación de proteínas tanto entre especies como entre individuos dentro de la misma especie y descubrió que, para la mayoría de las proteínas, los niveles que eran más variables entre individuos también eran más variables entre especies.

Pero había algunas proteínas que no encajaban en esa tendencia. Por ejemplo, las proteínas relacionadas con la división celular y el metabolismo del RNA fueron más variables entre especies que entre individuos de una misma especie (humanos, en este caso). Esto sugiere que esas funciones juegan un papel particularmente importante en la evolución de los mamíferos.

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 exhibía bastante variación entre los diferentes mamíferos. Esta renovación de proteínas determina qué tan rápido una célula puede cambiar su estado. Y la rapidez con que una célula cambia de estado podría ser relevante para el cáncer. Las células sanas pueden verse influenciadas por las células cancerosas cercanas. Algunas especies, como los animales con pezuñas como vacas y cerdos, que son más resistentes al cáncer, podrían tener células menos capaces de cambiar de estado y menos susceptibles a las señales de las células cancerosas.

Comprender la vulnerabilidad del cáncer es solo una aplicación potencial del trabajo, ya que también pueden correlacionarse las diferencias de proteínas con cualquier otro rasgo que difiera entre especies.

Las proteínas están sujetas a modificaciones químicas, que ocurren cuando otras moléculas se adhieren a una proteína y la activan o desactivan. Los investigadores evaluaron un tipo de modificación en este estudio, la fosforilación, y encontraron que las variaciones en los niveles de fosforilación, en su mayor parte, no estaban relacionadas con las variaciones en la abundancia de proteínas, lo que proporcionó otra capa de comprensión sobre lo que impulsa la biodiversidad.

Comparar las diferencias entre especies versus entre individuos da una idea de cuánta variación se tolera dentro de una especie y se puede usar esa información para predecir la capacidad de evolución. La medición de las diferencias tanto en proteínas como en proteínas modificadas entre especies mejorará la comprensión de la biodiversidad a nivel molecular.