Por qué las proteínas no se recombinan facilmente —Ann Gauger

Parece haber una idea flotando entre algunos biólogos de que es fácil recombinar los dominios de proteínas o pedazos de su estructura para generar una nueva función. Supongo que llegaron a esa conclusión de tanto de mirar dibujos simplificados de estructura proteicas, olvidandose de las delicadas interacciones atómicas que son requeridas.

Para los que no son biólogos, permítanme explicar por qué las proteínas no se recombinan fácilmente. Un pliegue de proteína normalmente se compone de elementos estructurales más pequeños denominados hélices alfa o láminas beta, con bucles que las conectan. Estos elementos adoptan un patrón estereotipo de plegado debido a los patrones de unión de los hidrógenos entre los aminoácidos. La siguiente ilustración de Axe (2010) muestra estos patrones de unión de hidrógeno como líneas discontinuas rojas entre los aminoácidos unidos. Para mayor claridad, las cadenas laterales de cada aminoácido se eliminaron, mientras que la red principal está a todo color:

Debajo de cada hélice (a) o lámina (b) hay una forma geométrica simplificada que ilustra cómo el elemento se ensambla y los bordes que están disponibles para que haya una extensión (caras color magenta). Vemos cada tipo de estructura de costado (a la izquierda) y frontal (a la derecha).

Es importante saber que las diferentes combinaciones de aminoácidos pueden formar cada una de estos diferentes elementos —muchas secuencias diferentes pueden formar hélices alfa o láminas beta. Como resultado, cada hélice o lámina en particular tiene un conjunto distinto de cadenas laterales que salen de ella, lo que implica un conjunto distinto de interacciones químicas con cualquier otra secuencia proteíca de las inmediaciones. Por lo tanto, las hélices y las hojas son elementos estructurales dependientes de secuencia, dentro de los pliegues de proteínas. Usted no puede pegarlos e intercambiarlos por ahí como como si fuesen piezas de LEGO.

Esto necesariamente significa que cuando usted trae al contacto nuevos elementos de estructura secundaria por algún tipo de reestructuración será poco probable formar un un pliegue tridimensional estable sin que hayan modificaciones significativas.

Las unidades de estructura secundaria se ensamblan en la amplia gama de estructuras de proteínas que existen en la naturaleza, algunas de las cuales se muestran a continuación en forma de dibujos. Las hebras beta se muestran como flechas y las hélices aplanadas como bobinas. Recuerde, las proteínas en realidad no se parecen a esto; más bien cuando son diagramadas de esta manera se nos hace más facil hacer comparaciones entre estructuras. 

El comportamiento contexto dependiente de los módulos estructurales, como las hélices y las hojas, ha sido demostrado experimentalmente. La regla general es que los módulos que funcionan como unidades independientes, con poca interacción con otros elementos estructurales, a veces pueden ser recombinados. Los módulos con múltiples interacciones externas no pueden. Estos principios se ilustran en una serie de experimentos utilizando la proteína beta lactamasa, una enzima que descompone la penicilina en las bacterias resistentes a la penicilina.

En primer lugar voy a describir una serie de experimentos que demuestran que la recombinación modular es posible, pero sólo en ciertas circunstancias. Meyer y sus colaboradores identificaron bloques de secuencia que deberían funcionar como módulos autónomos en tres enzimas beta lactamasa naturales, utilizando un algoritmo de ordenador que analiza las superficies exteriores de los módulos propuestos en lo que respecta a las interacciones de la cadena lateral. Estas enzimas tenían entre 34 a 42% de similitud de secuencia, lo que permitió que sus secuencias se alinien con cierta confianza. A continuación, mezclaron y combinaron los módulos autónomos identificados de estas enzimas produciendo enzimas quiméricas y las probaron para evaluar su funcionalidad. Incluso con los sitios de empalme cuidadosamente diseñados, y optima independencia de secuencia, cuatro de cada cinco quimeras no ha tenido ninguna función detectable, y sólo una de cada diez tenían una función aproximada a la de las enzimas naturales. Por lo tanto, incluso bajo las circunstancias ideales de un diseño cuidadoso, la mayoría de las recombinaciones fallaron.

Otra evaluación de la modularidad fue informada por Doug Axe, quien examinó si los principales dominios estructurales de las enzimas beta lactamasas podrían ser intercambiados. En la imagen de abajo, la parte (A) muestra la estructura del dominio de las dos enzimas beta lactamasas que utilizó, con los dos dominios de cada proteína en diferentes colores. En (B) las cadenas principales de los dominios similares de cada proteína están alineadas la una con la otra para mostrar su similitud 3-D. Ambas enzimas llevan a cabo exactamente la misma reacción química, pero tienen una similitud en la secuencia de aminoácidos sólo en un 26%.

A pesar de la similitud estructural y funcional, los dominios de las dos proteínas no son intercambiables. El intercambio de dominios entre las enzimas destruye la actividad enzimática. ¿Por qué? Debido a que el sitio activo de la enzima se encuentra en la interfaz entre los dos dominios, y las interacciones de cadena lateral que sean sustancialmente diferentes en la interfaz interrumpirían la función de la enzima quimérica. Así que este es un caso en el que las extensas interacciones específicas de cadena lateral evitan cualquier recombinación funcional entre los dominios.

Esta misma especificidad de secuencia se puede demostrar incluso en el nivel de aminoácidos individuales. Valiendose de dos variantes de beta lactamasa cuyas estructuras son casi idénticas (lo cual se muestra a continuación), y cuyas secuencias son 50% idénticas, otro estudio realizado por Axe intercambió aminoácidos no coincidentes pero posicionalmente equivalentes entre las dos proteínas para ver si podían sustituir el uno al otro.

Como Doug Axe describe en su paper de 2010,

“Si los residuos alineados pero no coincidentes son parte de piezas equivalentes, entonces deberíamos ser capaces de sustituir libremente entre estos parentales equivalentes sin que exista deterioro. Sin embargo, cuando las secuencias de proteínas fueron parcialmente aleatorizadas de esta manera, incluso de una forma tal que los híbridos fueron aproximadamente el 90% idénticos a uno de los parentales, ninguno de ellos tenía función detectable”.

En otras palabras, incluso si sólo el 10% de los residuos no coincidentes se cambiase, la enzima híbrida resultante ya no funcionará. ¿Por qué? Debido a que la sustitución de diferentes aminoácidos en la estructura de la proteína existente desestabilizó el pliegue, a pesar de que esos mismos aminoácidos han funcionado bien en otro contexto. Por lo tanto, la secuencia de aminoácidos de cada proteína funciona como un todo para ayudar a generar un pliegue estable adecuado, y de una manera dependiente del conctexto.

Así que tenemos efectos contexto dependientes en el funcionamiento de las proteínas a nivel de estructura primaria, estructura secundaria y estructura terciaria (nivel de dominio). Esto no es un buen augurio de éxito para la recombinación aleatoria de bits de secuencia a fin de producir pliegues estables y funcionales en las proteínas, o incluso para recombinaciones de nivel de dominio en las que se requiere un grado de interacción bastante significativo.

Autor: Ann Gauger - Recibio la Licenciatura en Biología del Instituto Tecnológico de Massachusetts y un Doctorado en Biología del Desarrollo de la Universidad de Washington. Tambien realizó un trabajo post-doctoral en Harvard. Actualmente trabaja en el Biologic Institute. En su trabajo utiliza biología molecular e ingeniería genética para estudiar el origen, la organización y el funcionamiento de las vías metabólicas.

Traductor: Daniel Alonso - Estudia Licenciatura en Ciencias Biológicas en UNT, Argentina.

De: http://www.evolutionnews.org/2012/05/why_proteins_ar_1059771.html

Exon Shuffling en la Evolución de los Genes —Jonathan McLatchie

Un supuesto frecuente en la literatura científica es el de que los dominios de las proteínas pueden recombinarse fácilmente para formar nuevos pliegues. En Darwin’s Doubt, Stephen Meyer se ocupa de este tema en detalle (véase el capítulo 11). En el transcurso de este y el próximo artículo, ampliaré brevemente lo que se dijo allí.

Definiendo términos.

Antes de continuar, puede que sea util definir ciertos términos y conceptos clave. Me referiré con frecuencia a los "exones" y los "intrones". Los exones son secciones de los genes que codifican para las proteínas; mientras que los intrones son aquellas secciones de los genes que no codifican para proteínas.

Las proteínas tienen múltiples niveles estructurales. La estructura primaria se refiere a la secuencia lineal de aminoácidos que comprenden la cadena de proteína. Cuando segmentos dentro de esta cadena se pliegan en estructuras como hélices y bucles, esto se conoce como estructura secundaria. Las unidades de estructura secundaria incluyen hélices α y hoja β. La estructura terciaria es la forma biológicamente activa de la proteína, y se refiere al embalaje de elementos estructurales secundarios en dominios. Puesto que la estructura terciaria de una proteína optimiza las fuerzas de atracción entre los aminoácidos, es la forma más estable de la proteína. Cuando múltiples dominios plegados están dispuestos en un complejo de múltiples subunidades, eso se conoce como una estructura cuaternaria.

Otro concepto es el intercambio de dominios (domain shuffling). Esta es la hipótesis de que nuevos pliegues de proteínas pueden ser creados por recombinación de dominios ya existentes. Se cree que esto se consigue moviendo los exones de un lado del genoma a otro (intercambio de exones o “exon shuffling”). Hay varias formas en las que se puede realizar el exon shuffling, y es a este tema al que ahora me dirijo.

Mecanismos de Exon Shuffling.

Existen diferentes maneras en las que se puede dar el exon shuffling. Puede ser mediado por transposones, o puede ocurrir como resultado del entrecruzamiento durante la meiosis y la recombinación entre secuencias no-homólogas o (menos frecuente) secuencias poco homologas de ADN. El splicing alternativo (empalme alternativo) también se cree que desempeña un rol en facilitar el exon shuffling.

Cuando el domain shuffling se produce como resultado del entrecruzamiento durante la recombinación sexual, se hipotetiza de que se lleva a cabo en tres etapas (denominada "hipótesis de modularización"). En primer lugar, los intrones se encuentran en las posiciones que corresponden a los límites de dominio, formando una "protomodulo." Los intrones son típicamente más largos que los exones, y por lo tanto la mayoría de los eventos de entrecruzamiento tienen lugar en las regiones no codificantes. En segundo lugar, el protomodulo recién formado se somete a duplicación en tándem. En tercer lugar, la recombinación intrónica facilita el movimiento del protomodulo a un gen diferente y no-homologo.

Otro mecanismo hipotético de exon shuffling involucra elementos de transposición como retroelementos LINE-1 y transposones Helitron, así como retroelementos LTR. Los elementos LINE-1 se transcriben en un mRNA que especificaa a un par de proteínas denominadas ORF1 y ORF2, las cuales son esenciales para el proceso de transposición. LINE-1 se asocia frecuentemente con el ADN adyacente a 3’, transportando la secuencia adyacente a un nuevo locus en otro lugar del genoma (Ejima y Yang,2003;. Moran et al, 1999; Eickbush, 1999). Esta asociación puede ocurrir si la señal de poliadenilación del elemento LINE-1 es pasada por alto durante la transcripción, haciendo que los exones de aguas abajo se incluyan en la transcripción de ARN. Como los LINE-1 son elementos de "copiado y pegado" (es decir, se transponen mediante un intermediario de ARN), la secuencia donante permanece inalterada.

Los retrotransposones LTR también han sido planteados como facilitadores del exon shuffling, especialmente en el arroz (por ejemplo, Zhang et al, 2013;. Wang et al, 2006.). Los retrotransposones LTR poseen un gen gag y un gen pol. El gen pol se traduce en una poliproteína compuesta de una proteasa aspártica (que escinde la poliproteína), y varias otras enzimas, incluyendo la transcriptasa inversa (que transcribe el ARN en ADN), una integrasa (utilizada para integrar el elemento en el genoma huésped), y RNasa H (que sirve para degradar la cadena de ARN del híbrido ADN-ARN, que resulta en un ADN de cadena sencilla). Al igual que los elementos LINE-1, los retrotransposones LTR transponen en forma de "copiado y pegado" a través de un intermediario de ARN. Hay un buen número de subfamilias de retrotransposones LTR, incluyendo retrovirus endógenos, Bel/Pao, Ty1/copia , y el Ty3/gypsy.’

El splicing alternativo por omisión de exones (exon skipping) también se cree que participa en el exon shuffling (Keren et al.,2010). El splicing alternativo permite a los exones de un transcripto pre-ARNm empalmarse en un cierto numero de isoformas diferentes para producir múltiples proteínas a partir de la misma transcripción. Esto se facilita por la unión del sitio donante 5’ de un intrón al sitio 3’ de otro intrón aguas abajo, produciendose como resultado el "salteo" de los exones que se encuentran en el medio. Este proceso puede resultar en intrones que flanquean los exones. Si esta estructura genómica se vuelve a insertar en otro lugar en el genoma, el resultado es un exon shuffling.

Por supuesto, hay otros mecanismos que se cree que participan en el exon shuffling. Pero esto será suficiente para nuestra explicación presente. A continuación, vamos a ver la evidencia a favor y en contra del exon shuffling como hipótesis para el origen de nuevos pliegues en las proteínas.

Intrones tempranos vs. intrones tardíos.

Se planteó primero la hipótesis —después del descubrimiento de los intrones en los genes de los vertebrados— de que los intrones podrían haber contribuido a la evolución de las proteínas. En un artículo de 1978 en Nature, Walter Gilbert propuso por primera vez que los exones podrían mezclarse de forma independiente por recombinación que ocurría dentro de los intrones (Gilbert,1978). Gilbert también propuso la hipótesis de que los intrones son reliquias de datos del mundo del ARN (Gilbert, 1986). De acuerdo con la hipótesis de los "exones tempranos", todos los genes codificadores de proteínas se crearon a partir de módulos de exones —codificantes de elementos estructurales secundarios (tales como α-hélices, β-hojas, péptidos señal, o hélices transmembrana) o dominios plegables— por un proceso de recombinación mediado por intrones (Gilbert y Glynias, 1993;. Dorit et al, 1990).

El escenario alternativo de "intrones tardíos" consiste en la hipótesis de que los intrones aparecieron mucho más tarde, en los genes eucariotas (Hickey y Benkel, 1986; Sharp, 1985; Cavalier-Smith, 1985; Orgel y Crick, 1980). Este escenario vuelve discutible al exon shuffling como explicación del orígen de las proteínas más antiguas.

La hipótesis de los "intrones tempranos" fue la visión dominante de la década de 1980. La evidencia frecuentemente citada para ello fue la creencia generalizada de que existe una correlación entre la estructura exón-intrón y la estructura secundaria de la proteína.

Sin embargo, desde mediados de la década de 1980, este punto de vista se hizo cada vez más insostenible cuando información nueva salió a la luz (por ejemplo, véase Palmer y Logsdon, 1991, y Patthy, 1996; 1994; 1991; 1987) que levantó dudas sobre la existencia de una correlación general entre la estructura de las proteínas y la estructura exón-intrón. Tal correlación no se respeta en muchos genes codificadores de proteínas antiguas. Además, los ejemplos más claros de exon shuffling todos tuvieron lugar tardíamente en la evolución de los eucariotas, volviendose significativos sólo en el tiempo de la aparición de los primeros animales multicelulares (Patthy, 1996; 1994). Incluso, el análisis de las uniones del splicing de intrones muestra un patrón que sugiere exons shuflings tardíos. La ubicación en la que se insertan los intrones e interrumpen marco de lectura de la proteína determina si los exones pueden ser recombinados, duplicados o suprimidos por recombinación intrónica sin alterar el marco de lectura aguas abajo de la proteína modificada (Patthy, 1987). Los intrones pueden agruparse de acuerdo a tres "fases": los intrones de fase 0 se insertan entre dos codones consecutivos; los intrones de fase 1 se insertan entre el primer y segundo nucleótido de un codón; y los intrones de fase 2 se insertan entre el segundo y tercer nucleótido.

Por lo tanto, si el exon shuffling jugó un papel importante en la evolución de proteínas, deberíamos esperar que exista una distribución de las distintas fases que sea característica. Pero los módulos hipotéticos de las proteínas antiguas no se ajustan a tales expectativas (Patthy, 1991; 1987).

Está claro, entonces, que el exon shuffling es, por lo menos, poco probable en  el origen de las proteínas más antiguas que han surgido en la historia de la vida. Pero, ¿es este mecanismo adecuado para explicar el origen de las proteínas más recientes, como las que surgen en la evolución de los eucariotas?

La evidencia del Exon Shuffling.

Entonces, ¿cuales son los mejores argumentos del exon shuffling? Si la tesis es correcta, se podría predecir que los limites de un exón deberían estar fuertemente correlacionados con los dominios de las proteínas. En otras palabras, un exón debe codificar para un único dominio de una proteína. Existe evidencia que apunta al hecho de que hay una correlación estadísticamente significativa entre los límites de un exon y los dominios de una proteína (por ejemplo, ver Liu et al., 2005 y Liu y Grigoriev, 2004).

Sin embargo, hay muchos, muchos ejemplos en los que esta correspondencia no se sostiene. En muchos casos, es un solo exon codificando para varios dominios. Por ejemplo, los genes protocadhedrin implican típicamente exones largos codificando para múltiples dominios (Wu y Maniatis, 2000). En otros casos, se requieren múltiples exones para especificar un único dominio (por ejemplo, véase Ramasarma et al, 2012;. O Buljan et al, 2010.).

Otro argumento que aporta al papel del exon shuffling en la evolución de las proteínas es la distribución de fases de intrones que se encuentran en los exones que codifican para los dominios de proteínas en los seres humanos. En 2002, Henrik Kaessmann y sus colegas informaron que "intrones en los límites de los dominios muestran un notable simetría de combinaciones de fase (es decir, 0-0, 1-1 y 2-2), mientras que los intrones que no se encuentran en los limites de un dominio, no muestran un nivel elevado de simetría" (Kaessmann , 2002). Su conclusión fue que "el exon shuffling  esta involucrado principalmente en el reordenamiento de dominios estructurales y funcionales como un conjunto." También realizaron un análisis similar en el gusano nematodo Caenorhabditis elegans, encontrando que "Aunque los datos de C. elegans generalmente coinciden con los patrones humanos, hemos identificado un menor número de dominios delimitados por intrones en este organismo, lo cual es congruente con el hecho de que los genes de C. elegans tienen una complejidad menor. "

Otra línea de evidencia se refiere a genes que parecen ser quimeras de los genes parentales. Estos son típicamente asociados con los signos indicativos de su modo de origen. Un ejemplo famoso es el gen jingwei en Drosophila, el cual pudo haber surgido cuando "la secuencia del ARN mensajero ya procesado de la Adh [alcohol deshidrogenasa]pasó a formar parte de un nuevo gen funcional mediante la captura de varios exones e intrones aguas arriba de un gen no relacionado" (Long y Langley, 1993).

Sin embargo, debemos tener cuidado de no confundir el patrón observado de distribución de fases de intron, o asignación de exón/dominio, con una prueba de que el exon shuffling es en realidad el proceso por el cual surgió este patrón. Quizás la ascendencia común sea la causa, pero esto debe ser demostrado antes de asumirse. Es deber del biólogo determinar si los mecanismos de azar no-inteligentes en realidad pueden producir nuevos genes de esa manera. Es a esta cuestión a la que ahora me dirijo.

Dificultades del modelo a la hora de explicar el origen de los pliegues de las proteínas.

A pesar de que la hipótesis del exon shuffling tiene algunos elementos atractivos, la verdad es que presenta una serie de problemas. Por un lado, el modelo en su núcleo presupone la existencia previa de dominios de proteínas. La estructura secundaria de una proteína (hélices α y hojas β) existen en forma estable sólo en el contexto de las estructuras terciarias en las que se encuentran. En otras palabras, el nivel de dominio es el nivel mas elemental en el que existen módulos estructurales estables e independientes. Esto deja en un aura de misterio la cuestión sobre el origen de los dominios en sí mismos. Incluso, se ha demostrado que los dominios proteína estables y funcionales son raros en el espacio total de secuencias posibles de aminoácidos (por ejemplo, Axe, 2010; Axe, 2004;. Tayloret al, 2001; Keefe y Szostak, 2001; Reidhaar-Olson y Sauer, 1990; Salisbury,1969) .

Un estudio relativamente reciente examinó numerosas combinaciones diferentes de elementos estructurales secundarios en E. coli  (hélices α y hojas β y bucles), ensamblándose entre sí "de forma semi aleatoria; secuencias compuestas de hasta 800 residuos de aminoácidos" (Graziano et al., 2008 ). Los investigadores analizaron 10⁸ variantes en búsqueda de rasgos que pudieran sugerir una estructura plegada. No encontraron estructuras de plegado de proteína. Al informar sobre este estudio, Axe (2010) escribe:

“Luego de la comprobación definitiva de que los candidatos más prometedores no estaban plegados adecuadamente, los autores concluyeron que "los clones seleccionados no deben, por lo tanto, ser considerados como similares a proteínas 'nativas', sino más bien a un tipo de forma de ‘globulo fundido’”, con lo cual quieren decir que la estructura secundaria está presente sólo transitoriamente, menos de un parpadeo, para luego desaparecer de la cadena, la cual es compacta pero móvil. Esto contrasta con la estructura nativa, en donde la estructura secundaria está programada para formar un pliegue terciario estable y bien definido. Esta investigación concuerda bien con lo que debieramos esperar en vista de las consideraciones hechas arriba. De hecho, sería muy desconcertante si la estructura secundaria hubiese llegado a ser modular”.

"Para que aquellos elementos puedan trabajar como robustos módulos," explica Axe, "su estructura tendría que ser efectivamente independiente del contexto, lo que les permitiría ser combinados en cualquier número de formas para formar nuevos pliegues." Sin embargo, en el caso de la estructura secundaria de la proteína este requisito no se cumple.

El modelo también parece exigir que la diversidad y disparidad de las funciones desempeñadas por las proteínas en la célula puedan tener su origen, en principio, mezclando y combinando los dominios pre-existentes. Pero esto presupone la capacidad de los procesos evolutivos ciegos de ser una especie de "caja de herramientas" específica de dominios que se pueden recombinar de diversas maneras para producir nuevas funciones. Esto parece poco probable, especialmente a la luz de la estimación de que "se necesitan 1.000 a 7.000 exones para construir todas las proteínas" (Dorit et al., 1990). En otras palabras, un conjunto de herramientas primordial de miles de diversos dominios de proteína debe ser construido antes de que la hipótesis del exon shuffling se convierta en una posibilidad. Y aun así hay otros serios problemas.

Otra cuestión se refiere a la compatibilidad de interfaz [o superficie de contacto]. La hipótesis del domain shuffling, en muchos casos, requiere la formación de nuevas interfaces de unión. Dado que los aminoácidos que componen las cadenas de polipéptidos se distinguen entre sí por la especificidad de sus cadenas laterales, las interfaces de union que permiten a las unidades de estructura secundaria (hélices α y hojas β) unirse para formar elementos de estructura terciaria depende de una secuencia específica de aminoácidos. Los dominios que deben unirse e interactuar unos con otros no pueden simplemente combinarse entre ellos como los ladrillos del LEGO.

En su artículo de 2010 en la revista BIO-Complexity, Douglas Axe informa sobre un experimento realizado utilizando enzimas β-lactamasas, el cual ilustra esta dificultad (Axe, 2010). Echa un vistazo a la siguiente figura, tomada del paper:

La mitad superior de la figura (con la etiqueta "A") revela la estructura de la TEM-1 β-lactamasa (izquierda) y el PER-1 β-lactamasa (derecha). La mitad inferior de la figura (con la etiqueta "B") revela las alineaciones que forman la “columna vertebral” de los dos dominios correspondientes de ambas proteínas. Note el nivel elevado de similitud estructural entre las dos enzimas. Axe intentó recombinar secciones de los dos genes para producir una proteína quimérica a partir de los dominios de color verde y rojo. Dado que las dos enzimas parientes exhiben niveles extremadamente altos de similitud estructural y funcional, debería esperse que el hibrido funcione. No obstante, ninguna función detectable fue identificada en la construcción quimérica, presumiblemente como consecuencia de la disimilitud sustancial entre las respectivas secuencias de aminoácidos y la incompatibilidad interfaz entre los dos dominios.

Este no es de ninguna manera el único estudio que demuestra la dificultad del exon shuffling para formar nuevas proteínas funcionales. Otro estudio realizado por Axe (2000) describe "un conjunto de secuencias híbridas" teniendo en cuenta que existe un "50% de identidad entre la β-lactamasa TEM-1 y la β-lactamasa de Proteus mirabilis", las cuales fueron creadas de tal manera que el "los híbridos acertaron la secuencia de TEM-1 excepto  en una región en el extremo C-terminal, que estaba compuesta por componentes al azar de las dos secuencias parentales". ¿Los resultados? "Todos estos híbridos son biológicamente inactivos."

De hecho, en los pocos casos en que las quimeras de proteínas sí poseen un función detectable, solo funciona por la precisa razón de que los investigadores utilizaron un algoritmo (desarrollado por Meyer et al., 2006) para seleccionar cuidadosamente en una proteína las secciones que poseen el menor número de interacciones de cadena lateral con el resto del pliegue, y eligieron proteínas parentales con relativamente alta similitud de secuencia (Voigt et al., 2002). Esto sólo sirve para subrayar el problema. Incluso en el estudio Voigt, la tasa de éxito fue bastante baja, incluso bajo circunstancias muy favorables, con sólo uno de cada cinco quimeras presentando funcionalidad discernible.

Conclusión

Para concluir, si bien hay algunas pruebas de inferencia indirecta a favor del exon shuffling en la evolución de proteínas, una consideración acerca de cómo este proceso podría ocurrir en realidad revela que la hipótesis en sí está repleta de serias dificultades.

Autor: Jonathan McLatchie – Tiene un  MRes en biología evolutiva y sistematica de la Universidad de Glasgow. Actualmente estudia  Medical and Molecular Biosciences en Newcastle University y es redactor de Evolution News and Views.

Traductor: Daniel Alonso - Estudia Licenciatura en Ciencias Biológicas en UNT, Argentina.

Fuente:  http://www.evolutionnews.org/2013/07/exon_shuffling074401.htmll (Parte I) y http://www.evolutionnews.org/2013/07/an_evaluation_o074441.html (Parte II) 

Diario de ciencia alemana menciona el papel del diseño inteligente en el debate sobre el origen de las proteínas.

“Aquellas cuestiones referidas a los cambios que producen características complejas, tales como nuevas estructuras en las proteínas, llevan tiempo sin resolverse. Mientras que los proponentes de la teoría del diseño inteligente, como el científico estadounidense Michael Behe, rechazan la idea de que las estructuras proteicas nuevas y complejas se forman vía mutaciones, y en pocas etapas, los biólogos evolucionistas han encontrado evidencia de que proteínas nuevas pueden formarse obviando a las formas de transición, que combinan las características nuevas con aquellas originales. Sin embargo y hasta el momento, esto solo se ha demostrado por la acumulación de mutaciones artificiales, las cuales son meras simulaciones del proceso evolutivo.”

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