Como surgiram as interações de proteínas e como se desenvolveram? Em um novo estudo, pesquisadores analisaram duas proteínas que começaram a coevoluir entre 400 e 600 milhões de anos atrás. Como eles se parecem? Como eles funcionam, e como eles mudaram ao longo do tempo? As evidências, publicado em eLife , mostram como uma combinação de mudanças nas propriedades das proteínas criou melhores condições para a regulação de um processo celular.
"Queremos entender o processo pelo qual uma nova interação proteína-proteína surge e evolui, "diz Greta Hultqvist, que co-liderou o estudo junto com Per Jemth no Departamento de Bioquímica Médica e Microbiologia, Uppsala University.
A vida depende de proteínas; em particular, como as proteínas interagem umas com as outras. A maioria, senão todos os processos celulares básicos, dependem de interações de proteínas, onde uma determinada proteína pode aumentar ou reduzir uma função celular específica. Em muitos casos, a mesma interação de proteínas pode ser encontrada em classes de organismos de mamíferos, a todos os filos animais ou mesmo a todos os reinos da vida.
Quando uma interação de proteína é específica para vertebrados, isso significa que a interação surgiu em um ponto de tempo significativo para o ancestral vertebrado. Essa interação proteica foi então preservada em todas as linhas evolutivas originadas do ancestral vertebrado e pode ser vista em todos os vertebrados atuais. Na verdade, proteínas novas e modificadas aparecem continuamente nos organismos por meio de modificações genéticas, mas a maioria deles desaparece. Contudo, algumas interações proteína-proteína provam ser benéficas e, como resultado, são retidas pelo organismo.
Proteínas novas ou modificadas podem formar novas interações com proteínas existentes para provocar uma interação proteína-proteína vantajosa. Isso aconteceu várias vezes durante a evolução. É fácil entender que as interações de proteínas podem ser benéficas para um organismo e, como tal, são mantidas. Contudo, menos se sabe sobre os detalhes moleculares de tal evolução histórica de proteínas.
Ao analisar várias sequências de aminoácidos de duas proteínas em interação de diferentes organismos atuais, a equipe reconstruiu versões ancestrais das proteínas presentes em espécies que viveram entre 400 milhões e 600 milhões de anos atrás. A aparência do mais antigo desses ancestrais não se sabe exatamente, mas pode-se especular que era um animal pequeno com simetria bilateriana. Uma linha evolutiva levou aos peixes e, subsequentemente, ao primeiro tetrápode. A equipe ressuscitou proteínas dessas espécies e caracterizou suas propriedades com métodos experimentais e computacionais.
"Descobrimos que as proteínas ancestrais interagiam umas com as outras de forma mais fraca em comparação com as variantes da geração posterior. As proteínas ancestrais provavelmente também eram mais flexíveis em termos de estrutura do que as da geração posterior quando ligadas entre si. Outra descoberta surpreendente é que a força desta proteína - a interação da proteína não mudou nos últimos 450 milhões de anos, "diz Greta Hultqvist.
As proteínas estudadas pelos cientistas pertencem a uma classe chamada 'proteínas intrinsecamente desordenadas'. Isso significa que, por si só, eles são altamente flexíveis e podem até existir como uma cadeia estendida, ao contrário da maioria das proteínas, que têm uma forma globular. Contudo, quando as proteínas desordenadas se ligam umas às outras, muitas vezes se dobram em uma estrutura globular. As interações proteína-proteína entre proteínas intrinsecamente desordenadas são muito comuns e estão frequentemente envolvidas na regulação celular.
"Nossas descobertas lançam luz sobre alguns princípios fundamentais da evolução de proteínas e podem ser gerais sobre como novas interações proteína-proteína de proteínas intrinsecamente desordenadas surgem e evoluem. Uma interação ancestral fraca e dinâmica pode se transformar com relativa rapidez em uma interação otimamente forte por mutações genéticas aleatórias seguida pela seleção natural. A força da interação é então mantida quando o grupo ancestral de organismos se diversifica em novas espécies, "diz Per Jemth.
