Para comprender mejor qué impulsa la diversidad biológica en la Tierra, los científicos han analizado históricamente las diferencias genéticas entre las especies. Pero esto solo proporciona una parte de la imagen. Los rasgos de una especie en particular no son simplemente el resultado de sus genes, sino también las proteínas que codifican esos genes. Comprender las diferencias entre los proteomas de las especies, o todas las proteínas que se pueden expresar, es, por lo tanto, tan importante como comprender las diferencias entre los genomas.
En un nuevo estudio, los investigadores de Yale compararon los proteomas de las células de la piel de 11 mamíferos, lo que, dicen, ayudará a los científicos a comprender los impulsores moleculares de la biodiversidad y cómo estos factores han evolucionado con el tiempo.
Descubrieron que, si bien muchas proteínas son igualmente variables tanto entre especies como dentro de ellas, algunas son más variables entre especies, lo que proporciona pistas sobre qué proteínas podrían ser más importantes en la evolución de los mamíferos. El trabajo también puede ayudar a los investigadores a comprender por qué algunas especies son más resistentes al cáncer.
Sus hallazgos fueron publicados el 9 de septiembre en Avances de la ciencia.
«Para comprender la diversidad biológica, además de saber cómo el ADN es diferente entre las especies, es posible que también desee saber cómo se comportan, se desarrollan y se ven diferentes las especies», dijo Günter Wagner, profesor emérito de ecología y biología evolutiva de Alison Richard. .
Y se cree que estos atributos (cómo se ve, se comporta y se desarrolla una especie) están más estrechamente relacionados con los niveles de proteína que con el ADN, explicó Yansheng Liu, profesor asistente de farmacología en la Facultad de Medicina de Yale.
Sin embargo, comparar las cantidades de proteínas entre especies ha sido difícil, ya que no existía la tecnología para realizar análisis a gran escala. Pero Liu ha aplicado un método llamado espectrometría de masas de adquisición independiente de datos que ahora permite a los investigadores realizar este tipo de trabajo.
«Es un avance conceptual y técnico que nos permite trabajar en este nivel más alto y funcionalmente más relevante», dijo Wagner.
Liu es miembro del Instituto de Biología del Cáncer de Yale y Wagner es miembro del Instituto de Biología de Sistemas, ambos ubicados en el Campus Oeste de Yale. Fue allí, durante un simposio de biología de sistemas del cáncer al que ambos asistieron, que comenzó su colaboración.
Para el estudio, los investigadores cuantificaron todas las proteínas expresadas en las células de la piel de 11 especies de mamíferos: conejos, ratas, monos, humanos, ovejas, vacas, cerdos, perros, gatos, caballos y zarigüeyas.
Descubrieron que el análisis proporcionó información que no se podía obtener a través de otras técnicas. Por ejemplo, si bien investigaciones anteriores han analizado las diferencias en el ARNm, el material genético utilizado para crear proteínas, descubrieron que medir las proteínas proporcionaba información adicional que no podía capturarse analizando el ARNm solo, ya que el ARNm es solo una medida indirecta de abundancia de proteínas.
Una hebra de ARNm lleva el código para crear una proteína. Y aunque las proteínas individuales pueden tener una función particular, las proteínas también pueden interactuar entre sí y actuar como grupos, explicó Liu. Solo mirar el ARNm no proporcionará esa información.
«Encontramos que, particularmente para ciertas clases de proteínas, la relación de la proteína con el ARNm es muy baja», dijo Liu. «Eso significa que el perfil de ARNm por sí solo sería engañoso».
Luego, el equipo analizó la variación de proteínas tanto entre especies como entre individuos dentro de la misma especie y descubrió que, para la mayoría de las proteínas, los niveles que eran más variables entre individuos también eran más variables entre especies. Pero había algunas proteínas que no encajaban en esa tendencia. Por ejemplo, las proteínas relacionadas con la división celular y el metabolismo del ARN fueron más variables entre especies que entre individuos de una misma especie (humanos, en este caso). Esto sugiere que esas funciones juegan un papel particularmente importante en la evolución de los mamíferos, dijeron los investigadores.
«Las diferencias entre especies versus entre individuos son muy interesantes desde un punto de vista evolutivo», dijo Wagner. «Comparar los dos nos da una idea de cuánta variación se tolera dentro de una especie y podemos usar esa información para predecir la capacidad de evolución».
Por último, los investigadores compararon los sistemas de eliminación de proteínas entre especies. Hay dos sistemas principales responsables de la eliminación de proteínas en las células, y descubrieron que uno era similar en todas las especies, mientras que el otro exhibía bastante variación entre los diferentes mamíferos.
Esta renovación de proteínas determina qué tan rápido una célula puede cambiar su estado, agregó Wagner. «Si entra una nueva señal, la célula necesita desechar las proteínas que eran necesarias para su estado anterior y crear otras nuevas», dijo.
Y la rapidez con que una célula cambia de estado podría ser relevante para el cáncer.
«Las células sanas pueden verse influenciadas por las células cancerosas cercanas», dijo Wagner. «Será importante comprender si las tasas de recambio de proteínas están relacionadas con la forma en que las células reactivas son a las influencias de las células tumorales. Tal vez las especies que son más resistentes al cáncer, como los animales con pezuñas como las vacas y los cerdos, tienen células que son menos capaces de cambia de estado y es menos susceptible a las señales de las células cancerosas».
Y comprender la vulnerabilidad del cáncer es solo una aplicación potencial de este trabajo, dijeron los investigadores. Por ejemplo, pueden comenzar a correlacionar las diferencias de proteínas con cualquier otro rasgo que difiera entre especies, dice Liu.
Las proteínas están sujetas a modificaciones químicas, que ocurren cuando otras moléculas se adhieren a una proteína y la activan o desactivan. Y estas modificaciones contribuyen a los rasgos que difieren entre y dentro de las especies, ya que desempeñan un papel importante que influye en la función de las proteínas. Los investigadores evaluaron un tipo de modificación en este estudio, la fosforilación, y encontraron que las variaciones en los niveles de fosforilación, en su mayor parte, no estaban relacionadas con las variaciones en la abundancia de proteínas, lo que proporcionó otra capa de comprensión sobre lo que impulsa la biodiversidad. Los investigadores continuarán evaluando otras modificaciones en trabajos futuros.
«Proporcionará una imagen más completa», dijo Liu, y agregó que las variabilidades biológicas entre especies e individuos son las que dan forma a la diversidad biológica en la Tierra. «La medición de las diferencias tanto en proteínas como en proteínas modificadas entre especies mejorará nuestra comprensión de la biodiversidad a nivel molecular».
