Una investigación del Museo Nacional de Ciencias Naturales (CSIC) revela que la evolución de las proteínas que forman los canales intercelulares es más compleja de lo que se pensaba inicialmente. Además, se aportan claves para entender la función de una familia de proteínas poco conocida (LRRC8) que ha resultado estar emparentada con éstas.
Las proteínas son moléculas esenciales para la vida. Comparando proteínas que tienen un origen común podemos aprender mucho no sólo de la evolución de las proteínas sino también de los propios seres vivos. Aunque muchas veces no es una tarea fácil: la comparación de las secuencias de aminoácidos entre dos o más proteínas no siempre arroja suficiente luz, ya que en ocasiones sus características no son reflejo de su función, sino de su historia evolutiva.
La comunicación entre las células es un aspecto primordial en los organismos pluricelulares. Para este propósito existen canales denominados gap junctions(uniones comunicantes) que facilitan el intercambio de moléculas de bajo peso molecular entre las células vecinas, permitiendo su acoplamiento metabólico y/o eléctrico, y coordinando su actividad. Estas estructuras, que actúan como nexo de unión entre las células, están formadas por un tipo especial de proteínas llamadas panexinas y conexinas.
Las conexinas, que sólo están presentes en los cordados, están implicadas en procesos fundamentales para el organismo, como pueden ser el desarrollo y la diferenciación celular. Diversas enfermedades, como por ejemplo la sordera y algunos trastornos neurológicos y de la piel, se asocian con un mal funcionamiento de estas proteínas. Las panexinas, por su parte, se encuentran en todos los animales que forman tejidos (eumetazoos), excepto en los equinodermos. Por motivos históricos, las panexinas de los no cordados suelen denominarse inexinas.
Aunque las panexinas y conexinas tienen una función y una estructura similar, no se sabe si comparten un ancestro común o si han evolucionado de forma independiente. Dos investigadores del Museo Nacional de Ciencias Naturales han revisado las características evolutivas de estas familias de proteínas. Sus resultados se han publicado en la revista Biochimica et Biophysica Acta(BBA) – Biomembranes.
Para reconstruir la historia evolutiva (filogenia) de estas familias de proteínas, los científicos las han recuperado de una serie de organismos cuyo genoma está completamente secuenciado. Estos análisis han revelado que las inexinas son un grupo hermano de las proteínas encontradas en Ciona, un animal marino filtrador que es pariente lejano de los vertebrados y cuyo genoma se ha convertido en un modelo de referencia para el estudio de la biología del desarrollo. Asimismo, la filogenia de las conexinas de los cordados muestra cinco subfamilias con muchos genes parálogos (genes cuya semejanza revela que han surgido a raíz de numerosos eventos de duplicación génica).
Desde una perspectiva evolutiva, las panexinas son las responsables de constituir gaps junctions en los animales no cordados, mientras que este papel recae en las conexinas en el caso de los cordados. Esto ha permitido que las panexinas presentes en los cordados desarrollen nuevas funciones como puede ser la formación de canales que conectan a las células con el espacio extracelular, en lugar de establecer conexiones célula-célula.
En cuanto a su estructura, también se aprecian importantes similitudes entre ambas familias de proteínas. Tanto las conexinas como las panexinas forman canales constituidos por seis proteínas, cada una de las cuales posee cuatro hélices transmembrana (segmentos que cruzan la membrana plasmática de la célula), aunque los investigadores sólo han podido mapear la estructura tridimensional de un conexón.
En otro artículo publicado en la revista BioEssays, los investigadores apuntan nuevas vías para entender mejor la biología y las funciones moleculares de una familia de proteínas descubierta hace menos de una década (LRRC8). Aunque las proteínas LRRC8 se han asociado con procesos celulares fundamentales como la maduración de las células B o la diferenciación de los adipocitos, su función no se conoce aún.
El estudio revela que las proteínas LRRC8 tienen su origen en la combinación de una panexina y una proteína con repeticiones ricas en leucina, y que dicha combinación de dominios ocurrió antes de la diversificación de los cordados. Esto implica que las inexinas, proteínas clave en el origen de los organismos pluricelulares, y que inicialmente se pensaba que eran exclusivas de los invertebrados, se han diversificado extraordinariamente en los cordados, no sólo a través de la duplicación de genes (panexinas) sino también por el barajado de dominios (LRRC8).
La duplicación génica se considera uno de los fenómenos más relevantes en la evolución de las proteínas para adquirir nuevas funciones. Cuando hay más de una copia de un gen, una de las copias puede mantener la función original mientras que la otra puede evolucionar hacia una función nueva, o bien pueden repartirse las funciones originales entre ambas copias. Por otra parte, los dominios, que son segmentos de una cadena de aminoácidos que se pliegan de forma independiente dentro de una proteína y que desempeñan una función determinada, también pueden combinarse para crear nuevas proteínas. Así han surgido la mayoría de las proteínas nuevas: en lugar de crear un nuevo dominio para desarrollar una nueva función, se combinan distintos dominios preexistentes.
«La reunión de datos de proteómica y de expresión génica nos ha permitido aportar claves sobre la función de esta familia de proteínas» nos comenta el investigador Rafael Zardoya. «Pensamos que, al igual que ocurre en las panexinas, las proteínas LRRC8 tienen una estructura hexamérica y que están implicadas en la comunicación entre células. Asimismo, podrían participar en la organización y regulación de las cascadas de señalización celular» añade Federico Abascal, ahora en el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas.
Referencia bibliográfica:
Abascal, F., Zardoya, R. 2012. Evolutionary analyses of gap junction protein families. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes. DOI.org/10.1016/j.bbamem.2012.02.007.
Abascal, F., Zardoya, R. 2012. LRRC8 proteins share a common ancestor with pannexins, and may form hexameric channels involved in cell-cell communication. BioEssays. DOI: 10.1002/bies.201100173
Fuente: www.mncn.csic.es
