Desde las babosas que recubren la baba hasta la saliva en la boca, muchos fluidos corporales resbaladizos contienen mucosidad. Entonces, ¿cómo evolucionó esta maravilla de la biología?
En los mamíferos, la respuesta es muchas veces, y a menudo de manera sorprendente, según un nuevo estudio sobre proteínas llamadas mucinas. Estas moléculas tienen una variedad de funciones, pero como familia, se las conoce como componentes de la mucosidad, donde contribuyen a la consistencia pegajosa de la sustancia.
A través de una comparación de genes de mucina en 49 especies de mamíferos, los científicos identificaron 15 casos en los que las nuevas mucinas parecen haber evolucionado a través de un proceso aditivo que transformó una proteína que no es mucina en una mucina.
Los científicos proponen que cada uno de estos eventos de «mucinización» comenzó con una proteína que no era una mucina. En algún momento, la evolución agregó una nueva sección a esta base sin mucina: una que consiste en una cadena corta de bloques de construcción llamados aminoácidos que están decorados con moléculas de azúcar. Con el tiempo, esta nueva región se duplicó, con múltiples copias añadidas para alargar aún más la proteína, convirtiéndola en una mucina.
Las regiones duplicadas, llamadas «repeticiones», son clave para la función de una mucina, dicen los investigadores de la Universidad de Buffalo Omer Gokcumen y Stefan Ruhl, los autores principales del estudio, y Petar Pajic, el primer autor.
Los azúcares que recubren estas secciones sobresalen como las cerdas de un cepillo para biberones y otorgan a las mucinas la propiedad viscosa que es vital para muchas tareas importantes que llevan a cabo estas proteínas.
La investigación se publicará el 26 de agosto en Avances de la ciencia.
«No creo que se supiera previamente que la función de la proteína puede evolucionar de esta manera, de una proteína que gana secuencias repetidas. Una proteína que no es una mucina se convierte en una mucina simplemente ganando repeticiones. Esta es una forma importante en que la evolución hace que el limo Es un truco evolutivo, y ahora documentamos que esto sucede una y otra vez», dice Gokcumen, PhD, profesor asociado de ciencias biológicas en la Facultad de Artes y Ciencias de la UB.
«Las repeticiones que vemos en las mucinas se denominan ‘repeticiones de PTS’ por su alto contenido de los aminoácidos prolina, treonina y serina, y ayudan a las mucinas en sus importantes funciones biológicas que van desde lubricar y proteger las superficies de los tejidos hasta ayudar a que nuestros alimentos sean resbaladizos para que podamos tragarlo», dice Stefan Ruhl, DDS, PhD, decano interino de la Facultad de Medicina Dental de la UB y profesor de biología oral. «Los microbios beneficiosos han evolucionado para vivir en superficies recubiertas de mucosidad, mientras que la mucosidad puede actuar al mismo tiempo como una barrera protectora y defenderse de enfermedades protegiéndonos de intrusos patógenos no deseados».
«No mucha gente sabe que la primera mucina que se purificó y caracterizó bioquímicamente provino de una glándula salival», agrega Ruhl. «Mi laboratorio ha estado estudiando las mucinas en la saliva durante los últimos 30 años, principalmente porque protegen los dientes de las caries y porque ayudan a equilibrar la microbiota en la cavidad oral».
La intrigante evolución de un ‘asombroso rasgo de vida’
«Creo que este documento es realmente interesante», dice Gokcumen. «Es uno de esos momentos en los que tuvimos suerte. Estábamos estudiando la saliva, y luego encontramos algo interesante y genial y decidimos investigarlo».
Mientras estudiaba la saliva, el equipo notó que una pequeña mucina salival en humanos llamada MUC7 no estaba presente en los ratones. Sin embargo, los roedores tenían una mucina salival de tamaño similar llamada MUC10. Los científicos querían saber: ¿estaban relacionadas estas dos proteínas desde una perspectiva evolutiva?
La respuesta fue no. Pero lo que la investigación descubrió a continuación fue una sorpresa. Si bien MUC10 no parecía estar relacionado con MUC7, una proteína que se encuentra en las lágrimas humanas llamada PROL1 sí compartía una parte de la estructura de MUC10. PROL1 se parecía mucho a MUC10, menos las repeticiones de cepillo de botella recubiertas de azúcar que hacen de MUC10 una mucina.
«Creemos que, de alguna manera, ese gen de la lágrima termina siendo reutilizado», dice Gokcumen. «Obtiene las repeticiones que le dan la función de mucina, y ahora se expresa abundantemente en la saliva de ratones y ratas».
Los científicos se preguntaron si otras mucinas podrían haberse formado de la misma manera. Comenzaron a investigar y descubrieron múltiples ejemplos de los mismos fenómenos. Aunque muchas mucinas comparten un ancestro común entre varios grupos de mamíferos, el equipo documentó 15 casos en los que la evolución parecía haber convertido proteínas que no eran mucinas en mucinas mediante la adición de repeticiones de PTS.
Y esto fue «con un aspecto bastante conservador», dice Gokcumen, señalando que el estudio se centró en una región del genoma en unas pocas docenas de especies de mamíferos. Él llama a la baba un «rasgo de vida increíble», y tiene curiosidad por saber si el mismo mecanismo evolutivo podría haber impulsado la formación de algunas mucinas en babosas, anguilas de baba y otras criaturas. Se necesita más investigación para encontrar una respuesta.
“Cómo evolucionan las funciones de los nuevos genes sigue siendo una pregunta que nos hacemos hoy”, dice Pajic, estudiante de doctorado en ciencias biológicas de la UB. «Por lo tanto, estamos agregando a este discurso al proporcionar evidencia de un nuevo mecanismo, donde la obtención de secuencias repetidas dentro de un gen genera una función novedosa».
«Creo que esto podría tener implicaciones aún más amplias, tanto en la comprensión de la evolución adaptativa como en la posible explicación de ciertas variantes que causan enfermedades», agrega Pajic. «Si estas mucinas siguen evolucionando de no mucinas una y otra vez en diferentes especies en diferentes momentos, sugiere que hay algún tipo de presión adaptativa que las hace beneficiosas. Y luego, en el otro extremo del espectro, tal vez si esto el mecanismo se sale de los rieles, ocurre demasiado o en el tejido equivocado, entonces tal vez puede conducir a enfermedades como ciertos tipos de cáncer o enfermedades de las mucosas».
El estudio sobre mucinas demuestra cómo una asociación de larga data entre biólogos evolutivos e investigadores dentales de la UB está generando nuevos conocimientos sobre genes y proteínas que también son importantes para la salud humana.
«Mi equipo ha estado estudiando las mucinas durante muchas décadas, y mi colaboración con el Dr. Gokcumen ha llevado esta investigación a un nuevo nivel al revelar todos estos emocionantes conocimientos novedosos sobre su genética evolutiva», dice Ruhl. «En esta etapa avanzada de mi carrera, también es inmensamente gratificante ver que la llama de la curiosidad científica está en manos de una nueva generación de jóvenes investigadores como Petar Pajic».
Los coautores de investigación adicionales incluyen a Shichen Shen, PhD, asociado postdoctoral, y Jun Qu, PhD, profesor, tanto en el Departamento de Ciencias Farmacéuticas de la Facultad de Farmacia y Ciencias Farmacéuticas de la UB, como en el Centro de Excelencia en Bioinformática y Vida de la UB. Ciencias; y Alison J. May, PhD, ex becaria postdoctoral, y Sarah Knox, PhD, profesora asociada, ambas en el Departamento de Biología Celular y Tisular de la Facultad de Odontología de la Universidad de California en San Francisco. May ahora es profesora asistente en la Escuela de Medicina Icahn en Mount Sinai.
Los científicos que realizaron el estudio cuentan con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., junto con el Instituto Nacional de Investigación Dental y Craneofacial y el Instituto Nacional del Cáncer, ambos parte de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU.
