Come sono nate le interazioni proteiche e come si sono sviluppate? In un nuovo studio, i ricercatori hanno esaminato due proteine ​​che hanno iniziato a co-evolvere tra 400 e 600 milioni di anni fa. Che aspetto avevano? Come funzionavano, e come sono cambiati nel tempo? Le scoperte, pubblicato in eLife , mostrano come una combinazione di cambiamenti nelle proprietà delle proteine ​​abbia creato condizioni migliori per la regolazione di un processo cellulare.

"Vogliamo capire il processo attraverso il quale emerge ed evolve una nuova interazione proteina-proteina, " dice Greta Hultqvist che ha co-diretto lo studio insieme a Per Jemth presso il Dipartimento di Biochimica Medica e Microbiologia, Università di Upsala.

La vita dipende dalle proteine; in particolare, come le proteine ​​interagiscono tra loro. La maggior parte se non tutti i processi cellulari di base dipendono dalle interazioni proteiche in cui una certa proteina può aumentare o ridurre una specifica funzione cellulare. In molti casi, la stessa interazione proteica può essere trovata tra classi di organismi di mammiferi, a tutti i phyla animali o anche a tutti i regni della vita.

Quando un'interazione proteica è specifica per i vertebrati, significa che l'interazione è emersa in un momento significativo per l'antenato vertebrato. Questa interazione proteica è stata quindi preservata in tutte le linee evolutive derivanti dall'antenato vertebrato e può essere vista in tutti i vertebrati attuali. Infatti, proteine ​​nuove e modificate appaiono continuamente negli organismi mediante modificazioni genetiche, ma la maggior parte di loro scompare. Però, alcune interazioni proteina-proteina si rivelano benefiche e di conseguenza vengono trattenute dall'organismo.

Le proteine ​​nuove o modificate potrebbero formare nuove interazioni con le proteine ​​esistenti per suscitare un'interazione vantaggiosa proteina-proteina. Questo è successo più volte durante l'evoluzione. È facile capire che le interazioni proteiche possono essere benefiche per un organismo e come tali vengono mantenute. Però, meno si sa sui dettagli molecolari di tale evoluzione storica delle proteine.

Analizzando sequenze multiple di amminoacidi di due proteine ​​interagenti provenienti da diversi organismi odierni, il team ha ricostruito le versioni ancestrali delle proteine ​​presenti nelle specie vissute tra 400 e 600 milioni di anni fa. Che aspetto avesse il più antico di questi antenati non è esattamente noto, ma si può ipotizzare che fosse un piccolo animale con simmetria bilaterale. Una linea evolutiva ha portato ai pesci e successivamente al primo tetrapode. Il team ha resuscitato proteine ​​da queste specie e ne ha caratterizzato le proprietà con metodi sperimentali e computazionali.

"Abbiamo scoperto che le proteine ​​ancestrali interagivano tra loro in modo più debole rispetto alle varianti della generazione successiva. Le proteine ​​​​ancestrali erano probabilmente anche più flessibili in termini di struttura rispetto a quelle della generazione successiva quando legate insieme. Un'altra scoperta sorprendente è che la forza di questa proteina -l'interazione proteica non è cambiata negli ultimi 450 milioni di anni, "dice Greta Hultqvist.

Le proteine ​​studiate dagli scienziati appartengono a una classe chiamata "proteine ​​intrinsecamente disordinate". Ciò significa che da soli sono altamente flessibili e potrebbero persino esistere come una catena estesa, a differenza della maggior parte delle proteine, che hanno una forma globosa. Però, quando le proteine ​​disordinate si legano tra loro, spesso si ripiegano in una struttura globulare. Le interazioni proteina-proteina tra proteine ​​intrinsecamente disordinate sono molto comuni e sono spesso coinvolte nella regolazione cellulare.

"I nostri risultati fanno luce su alcuni principi fondamentali dell'evoluzione delle proteine ​​e possono essere generali su come emergono ed evolvono nuove interazioni proteina-proteina di proteine ​​intrinsecamente disordinate. Un'interazione ancestrale debole e dinamica potrebbe trasformarsi in tempi relativamente brevi in ​​una forte in modo ottimale da mutazioni genetiche casuali. seguita dalla selezione naturale.La forza dell'interazione viene quindi mantenuta quando il gruppo ancestrale di organismi si diversifica in nuove specie, "dice Per Jemth.