Los científicos revelan cómo evolucionan los pseudogenes

El equipo de Peter Wolynes de la Universidad Rice descubrió cómo evolucionan los pseudogenes y afectan el plegamiento de proteínas, revelando efectos mutacionales inesperados. Su estudio destaca el potencial de algunos pseudogenes para recuperar capacidades de codificación de proteínas, con implicaciones para la ingeniería de proteínas. (Concepto del artista). Crédito: SciTechDaily.com

Peter Wolynes, de la Universidad Rice, y su equipo de investigación han logrado un avance significativo en la comprensión de la evolución de secuencias genéticas específicas conocidas como pseudogenes. Sus hallazgos fueron publicados recientemente en la revista 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 secuencias de proteínas putativas desevolucionadas que corresponden 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 llamado devolución. Aquí, la devolución representa un proceso evolutivo sin restricciones que ocurre sin las presiones evolutivas habituales que gobiernan las secuencias codificantes de proteínas funcionales.

A pesar de su estado inactivo, los pseudogenes ofrecen una ventana al viaje evolutivo de las proteínas.

Información sobre la evolución de las proteínas

«Nuestro artículo explica que las proteínas pueden evolucionar hacia atrás», 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 muriendo, pero no tiene por qué conducir a una secuencia plegable».

Los investigadores estudiaron el ADN basura en un genoma subdesarrollado. Su investigación demostró que una acumulación de mutaciones en las secuencias de pseudogenes normalmente altera la red nativa de interacciones estabilizadoras, lo que dificulta que estas secuencias, si fueran traducidas, se pliegan en proteínas funcionales.

Peter Wolynes, de la Universidad Rice, y su equipo de investigación han revelado un gran avance en la comprensión de cómo evolucionan los pseudogenes. Crédito: Gustavo Raskosky/Universidad Ross

Sin embargo, los investigadores observaron casos en los que determinadas 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 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 de plegamiento físico 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 aún más 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 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.

«Será interesante ver si alguien en un laboratorio puede 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».

Referencia: «Los paisajes energéticos físicos y evolutivos de secuencias de proteínas devueltas correspondientes a pseudogenes» por Hana Jaafari, Carlos Bueno, Nicholas P. Schafer, Jonathan Martin, Faruck Morcos y Peter G. Wolynes, 13 de mayo de 2024, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073/pnas.2322428121