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Dos pequeñas mutaciones llevaron a un gran salto en la evolución de la hormona
A veces, la evolución da enormes saltos en lugar de pequeños pasos. Un ejemplo salió a la luz esta semana en un documento publicado en línea en el Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) donde los investigadores estadounidenses describen cómo resucitaron proteínas antiguas en el laboratorio, replicaron los cambios genéticos que tuvieron lugar en ellas hace 500 millones de años y descubrieron dos mutaciones clave que desencadenaron un salto en la evolución proteica que preparó el escenario para hormonas como estrógeno, testosterona y cortisol para asumir sus roles vitales actuales.
El líder del estudio, Joe Thornton, profesor de genética humana y ecología y evolución en la Universidad de Chicago, y sus colegas, resucitaron y modificaron genes ancestrales de hormonas que son importantes para la reproducción humana, el desarrollo, la inmunidad y el cáncer en la actualidad.
"Los cambios en solo dos letras del código genético en nuestro profundo pasado evolutivo causaron un cambio masivo en la función de una proteína y pusieron en marcha la evolución de nuestros sistemas hormonales y reproductivos actuales", explica Thornton en un comunicado.
Si la evolución hubiera tomado un curso diferente al establecido por estas dos mutaciones, entonces los cuerpos humanos usarían mecanismos biológicos muy diferentes para lidiar con el estrés, la inflamación, la libido, el embarazo y el desarrollo de las diferencias masculinas y femeninas en la pubertad, dice Thornton.
Él y sus colegas creen que al comprender mejor cómo han evolucionado las proteínas y los genes que los codifican, podemos diseñar mejores medicamentos y anticipar cómo las mutaciones pueden causar enfermedades.
Por ejemplo, él y su equipo eligieron estudiar un conjunto de proteínas llamadas receptores de hormonas esteroides, sin las cuales las hormonas que controlan la reproducción y el desarrollo no pueden regular el comportamiento celular (los receptores son como estaciones de acoplamiento para las hormonas, sin una estación de acoplamiento adecuada, la hormona no puede unirse a una célula y afectar su comportamiento).
Antes de este estudio, los científicos no sabían cómo los diferentes receptores de esteroides distinguían a los estrógenos de otros tipos de hormonas.
Thornton y sus colegas trabajaron hacia atrás para establecer un vínculo común que conecta todos los receptores de hormonas y encontraron una proteína antigua que solo reconoce el estrógeno, luego rastrearon los pasos a los que evolucionó para convertirse en proteínas que reconocen la testosterona, la progesterona y la hormona del estrés cortisol.
Construyeron un modelo de computadora para ayudarlos a reconstruir el árbol de la vida que produjo el código genético en los receptores de hoy. A partir de esto, dedujeron las secuencias genéticas de las antiguas proteínas receptoras. Luego hicieron estas antiguas secuencias de ADN en el laboratorio y utilizaron ensayos moleculares para descubrir cuán sensibles eran a las diferentes hormonas.
Estrecharon la ventana durante la cual la capacidad de reconocer hormonas no estrogénicas surgió en un período que se produjo hace unos 500 millones de años. Esto sería antes de la aparición de vertebrados (especies con columna vertebral).
Al identificar la ventana, podrían ver las mutaciones ocurridas en ese momento, introducirlas una a una en las proteínas resucitadas y medir cómo afectaron la estructura y función del receptor.
Fue durante esta búsqueda que encontraron justo dos cambios en la secuencia del gen receptor causaron un cambio de 70,000 veces en las preferencias: lejos de los estrógenos a otras hormonas esteroides.
Usando otras técnicas, el equipo descubrió que aunque solo unos pocos átomos se habían movido en la proteína, el cambio alteró radicalmente el patrón de señalización entre el receptor y la hormona. El cambio en el patrón de señalización alteró fundamentalmente el curso de la reproducción humana, el desarrollo, la inmunidad e incluso el cáncer.
Thornton dice que sus hallazgos muestran que pequeños cambios en el código genético pueden desencadenar enormes saltos evolutivos que conducen a nuevas funciones moleculares.
También señala que varias otras mutaciones, así como los dos pequeños cambios en el código genético del receptor, fueron necesarios para producir el cambio radical en el patrón de señalización hormonal.
Las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud, la National Science Foundation y el Instituto Médico Howard Hughes ayudaron a financiar el estudio.
Estas organizaciones también ayudaron a financiar otro estudio intrigante publicado en 2011, donde los investigadores revelaron que las vías de señalización del receptor de plantas y animales convergieron durante la evolución. Descubrieron que, aunque las plantas tomaron un camino evolutivo diferente de sus primos animales, llegaron a soluciones similares a un problema común: cómo recibir y procesar las señales entrantes de manera confiable.
Escrito por Catharine Paddock PhD
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