Una delle caratteristiche chiave nell'evoluzione di organismi più complessi è l'emergere della regolazione allosterica. L'allosteria è un processo mediante il quale l'attività di una proteina può essere modulata legando una molecola effettrice distale al sito attivo.

Nonostante l'enorme importanza dell'allosteria in biologia, la questione di come si sia evoluta una tale caratteristica è un territorio inesplorato.

In un articolo pubblicato online il 22 febbraio in Scienza , Dorothee Kern, professore di biochimica e ricercatrice dell'Howard Hughes Medical Institute, e il suo laboratorio affrontano quello che è probabilmente uno dei fattori evolutivi più fondamentali per la biologia:l'allosteria.

Tracciando il percorso evolutivo delle moderne protein chinasi dai loro antichi antenati comuni circa 1,5 miliardi di anni fa fino al presente, Kern e i suoi colleghi hanno scoperto per la prima volta le antiche origini della regolazione allosterica.

Per studiare una domanda così fondamentale, i ricercatori hanno scelto di far risorgere l'evoluzione della chinasi Aurora insieme al suo regolatore allosterico, TPX2. Queste proteine ​​controllano il ciclo cellulare nell'uomo e sono quindi bersagli caldi del cancro.

Nella carta, gli scienziati hanno prima calcolato le sequenze di amminoacidi di queste antiche proteine ​​utilizzando il più grande database di sequenze disponibile fino ad oggi e la bioinformatica. Hanno quindi prodotto questi enzimi in laboratorio e ne hanno caratterizzato le proprietà biochimiche.

Hanno scoperto che le chinasi più antiche (circa 1,5 miliardi di anni) utilizzano già l'autofosforilazione per la loro regolazione. Ciò ha senso da un punto di vista evolutivo poiché il processo ha bisogno solo del proprio macchinario catalitico.

La più sofisticata regolazione allosterica, legandosi a una seconda proteina, inizia circa 1 miliardo di anni fa con la comparsa di quel partner, TPX2.

Sorprendentemente, gli scienziati hanno scoperto che contrariamente alla visione comune, non c'è coevoluzione - cambiamenti reciproci in entrambi i partner lungo la traiettoria evolutiva - ma piuttosto l'intera interfase della loro interazione rimane costante per 1 miliardo di anni. In altre parole, hanno scoperto che la co-conservazione era un vincolo evolutivo estremamente forte.

Ma cosa è successo all'attivazione allosterica? Questa regolazione avanzata si sta gradualmente evolvendo nell'arco di 1 miliardo di anni portando alla più forte attivazione allosterica nella nostra chinasi umana. I ricercatori hanno scoperto che il suo meccanismo è l'evoluzione di una sofisticata rete allosterica che copre l'intera chinasi dal sito del legame TPX2 all'altro lato della proteina.

Le scoperte di Kern hanno implicazioni di vasta portata per comprendere l'evoluzione della complessità da creature estremamente primitive alla specie umana, e per nuovi approcci alla terapia del cancro sfruttando le reti allosteriche appena scoperte nelle nostre moderne proteine.