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Per capire meglio cosa guida la diversità biologica sulla Terra, gli scienziati hanno storicamente esaminato le differenze genetiche tra le specie. Ma questo fornisce solo una parte dell'immagine. I tratti di una particolare specie non sono solo il risultato dei suoi geni, ma anche delle proteine per cui quei geni codificano. Comprendere le differenze tra i proteomi delle specie, o tutte le proteine che possono essere espresse, è, quindi, importante quanto la comprensione delle differenze tra i genomi.
In un nuovo studio, i ricercatori di Yale hanno confrontato i proteomi delle cellule della pelle di 11 mammiferi, il che, dicono, aiuterà gli scienziati a capire i fattori molecolari della biodiversità e come questi fattori si sono evoluti nel tempo.
Hanno scoperto che mentre molte proteine sono variabili in modo simile sia tra le specie che all'interno delle specie, alcune sono più variabili tra le specie, fornendo indizi su quali proteine potrebbero essere più importanti nell'evoluzione dei mammiferi. Il lavoro può anche aiutare i ricercatori a capire perché alcune specie sono più resistenti al cancro.
I loro risultati sono stati pubblicati il 9 settembre su Science Advances .
"Per comprendere la diversità biologica, oltre a sapere in che modo il DNA è diverso tra le specie, potresti anche voler sapere come le specie si comportano, si sviluppano e hanno un aspetto diverso", ha affermato Günter Wagner, professore emerito di ecologia e biologia evolutiva di Alison Richard .
E si ritiene che questi attributi - l'aspetto, il comportamento e lo sviluppo di una specie - siano più strettamente correlati ai livelli di proteine che al DNA, ha spiegato Yansheng Liu, assistente professore di farmacologia alla Yale School of Medicine.
Confrontare le quantità di proteine tra le specie è stato difficile, tuttavia, poiché la tecnologia per eseguire analisi su larga scala non esisteva. Ma Liu ha applicato un metodo chiamato spettrometria di massa di acquisizione indipendente dai dati che ora consente ai ricercatori di svolgere questo tipo di lavoro.
"È una svolta concettuale e tecnica che ci consente di lavorare a questo livello più elevato e più rilevante dal punto di vista funzionale", ha affermato Wagner.
Liu è un membro dello Yale Cancer Biology Institute e Wagner è un membro del Systems Biology Institute, entrambi situati nel West Campus di Yale. Fu lì, durante un simposio sulla biologia dei sistemi oncologici a cui entrambi hanno partecipato, che iniziò la loro collaborazione.
Per lo studio, i ricercatori hanno quantificato tutte le proteine espresse nelle cellule della pelle di 11 specie di mammiferi:conigli, ratti, scimmie, esseri umani, pecore, mucche, maiali, cani, gatti, cavalli e opossum.
L'analisi, hanno scoperto, ha fornito informazioni che non potevano essere ottenute con altre tecniche. Ad esempio, mentre la ricerca precedente ha esaminato le differenze nell'mRNA, il materiale genetico utilizzato per creare le proteine, hanno scoperto che la misurazione delle proteine forniva informazioni aggiuntive che non potevano essere catturate analizzando l'mRNA da solo, poiché l'mRNA è solo una misura indiretta dell'abbondanza di proteine .
Un filamento di mRNA porta il codice per la creazione di una proteina. E mentre le singole proteine possono avere una funzione particolare, le proteine possono anche interagire tra loro e agire come gruppi, ha spiegato Liu. Il solo guardare l'mRNA non fornisce queste informazioni.
"Abbiamo scoperto che, in particolare per alcune classi di proteine, la relazione tra proteine e mRNA è molto bassa", ha affermato Liu. "Ciò significa che il profilo dell'mRNA da solo sarebbe fuorviante".
Il team ha quindi esaminato la variazione delle proteine sia tra le specie che tra gli individui all'interno della stessa specie, scoprendo che, per la maggior parte delle proteine, i livelli più variabili tra gli individui erano anche più variabili tra le specie. Ma c'erano alcune proteine che non si adattavano a quella tendenza. Ad esempio, le proteine legate alla divisione cellulare e al metabolismo dell'RNA erano più variabili tra le specie che tra gli individui di una specie (l'uomo, in questo caso). Ciò suggerisce che quelle funzioni svolgono un ruolo particolarmente importante nell'evoluzione dei mammiferi, hanno affermato i ricercatori.
"Le differenze tra specie e interindividui sono molto interessanti da un punto di vista evolutivo", ha affermato Wagner. "Il confronto dei due ci dà un'idea di quanta variazione è tollerata all'interno di una specie e possiamo usare queste informazioni per prevedere la capacità di evoluzione".
Infine, i ricercatori hanno confrontato i sistemi di rimozione delle proteine tra le specie. Esistono due sistemi principali responsabili della rimozione delle proteine nelle cellule e hanno scoperto che uno era simile tra le specie mentre l'altro mostrava un po' di variazione tra i diversi mammiferi.
Questo turnover proteico determina quanto velocemente una cellula può cambiare il suo stato, ha aggiunto Wagner. "Se arriva un nuovo segnale, la cellula deve espellere le proteine che erano necessarie per il suo stato precedente e crearne di nuove", ha detto.
E la velocità con cui una cellula cambia stato potrebbe essere rilevante per il cancro.
"Le cellule sane possono essere influenzate dalle cellule tumorali vicine", ha detto Wagner. "Sarà importante capire se i tassi di turnover proteico sono correlati alla reattività delle cellule alle influenze delle cellule tumorali. Forse le specie più resistenti al cancro, come gli ungulati come le mucche e i maiali, hanno cellule che sono meno in grado di cambia stato e meno suscettibile ai segnali delle cellule tumorali".
E la comprensione della vulnerabilità del cancro è solo una potenziale applicazione di questo lavoro, hanno affermato i ricercatori. Ad esempio, possono iniziare a correlare le differenze proteiche con qualsiasi altro tratto che differisca tra le specie, afferma Liu.
Le proteine sono soggette a modificazioni chimiche, che si verificano quando altre molecole si attaccano a una proteina e la attivano o la disattivano. E queste modifiche contribuiscono a tratti che differiscono tra e all'interno delle specie poiché svolgono un ruolo importante nell'influenzare la funzione delle proteine. I ricercatori hanno valutato un tipo di modifica in questo studio, la fosforilazione, scoprendo che le variazioni nei livelli di fosforilazione non erano, per la maggior parte, correlate alle variazioni nell'abbondanza di proteine, fornendo un altro livello di comprensione su ciò che guida la biodiversità. I ricercatori continueranno a valutare altre modifiche nel lavoro futuro.
"Fornirà un quadro più completo", ha affermato Liu, aggiungendo che le variabilità biologiche tra specie e individui sono ciò che modella la diversità biologica sulla Terra. "Misurare le differenze sia nelle proteine che nelle proteine modificate tra le specie migliorerà la nostra comprensione della biodiversità a livello molecolare". + Esplora ulteriormente
