Uma das principais características na evolução de organismos mais complexos é o surgimento da regulação alostérica. A alosteria é um processo pelo qual a atividade de uma proteína pode ser modulada pela ligação de uma molécula efetora distal ao sítio ativo.

Apesar da enorme importância da alosteria na biologia, a questão de como tal característica evoluiu é um território inexplorado.

Em um artigo publicado online em 22 de fevereiro em Ciência , Dorothee Kern, professora de bioquímica e investigadora do Howard Hughes Medical Institute, e seu laboratório abordam o que é indiscutivelmente um dos impulsionadores evolutivos mais fundamentais para a biologia - a alosteria.

Traçando o caminho evolutivo das proteínas quinases modernas de seus ancestrais comuns cerca de 1,5 bilhão de anos atrás até o presente, Kern e seus colegas descobriram as origens antigas da regulação alostérica pela primeira vez.

Para estudar uma questão tão fundamental, os pesquisadores optaram por ressuscitar a evolução da Aurora quinase juntamente com seu regulador alostérico, TPX2. Essas proteínas controlam o ciclo celular em humanos e, portanto, são alvos importantes do câncer.

No papel, os cientistas primeiro calcularam as sequências de aminoácidos dessas proteínas antigas usando o maior banco de dados de sequências disponível até hoje e bioinformática. Em seguida, eles produziram essas enzimas em laboratório e caracterizaram suas propriedades bioquímicas.

Eles descobriram que as quinases mais antigas (cerca de 1,5 bilhão de anos) já usam a autofosforilação para sua regulação. Isso faz sentido do ponto de vista evolutivo, pois o processo precisa apenas de seu próprio maquinário catalítico.

A regulação alostérica mais sofisticada, via ligação a uma segunda proteína, começa cerca de 1 bilhão de anos atrás com a ocorrência desse parceiro, TPX2.

Surpreendentemente, os cientistas descobriram que, ao contrário da visão comum, não há coevolução - mudanças recíprocas em ambos os parceiros ao longo da trajetória evolutiva - mas, em vez disso, toda a interfase de sua interação permanece constante por 1 bilhão de anos. Em outras palavras, eles descobriram que a co-conservação era uma restrição evolutiva extremamente forte.

Mas o que aconteceu com a ativação alostérica? Esta regulamentação avançada está evoluindo gradualmente ao longo de 1 bilhão de anos, levando à ativação alostérica mais forte em nossa quinase humana. Os pesquisadores descobriram que seu mecanismo é a evolução de uma rede alostérica sofisticada que abrange toda a quinase do local da ligação do TPX2 ao outro lado da proteína.

As descobertas de Kern têm implicações de longo alcance para a compreensão da evolução da complexidade de criaturas extremamente primitivas à espécie humana, e para novas abordagens para a terapia do câncer aproveitando as redes alostéricas recém-descobertas em nossas proteínas modernas.