Emergence of new function through evolutionary divergence of an intrinsically disordered region

La vida dentro de una célula depende de un flujo constante y organizado de materiales. Para mantener este flujo en movimiento, las células utilizan diminutas máquinas hechas de proteínas para agarrarse a la piel exterior de la célula, tirar de ella hacia adentro y formar una burbuja que transporta carga hacia donde es necesaria. Este proceso, conocido como endocitosis, requiere un conjunto específico de proteínas que actúen como pioneras, llegando primero para marcar el lugar y reclutar al resto del equipo. Durante mucho tiempo, los científicos creyeron que las instrucciones sobre cómo funcionan estas proteínas estaban escritas en sus formas rígidas y plegadas. Sin embargo, un creciente cuerpo de investigación ha demostrado que muchas proteínas contienen largas secciones laxas que no se pliegan en una forma fija en absoluto. Estas se denominan regiones intrínsecamente desordenadas. Aunque carecen de una estructura permanente, no son inútiles; en su lugar, actúan como conectores flexibles que permiten a las proteínas interactuar con muchos socios diferentes. La gran pregunta que ha permanecido sin respuesta es cómo estas secciones laxas y sin forma pueden adquirir repentinamente un nuevo trabajo específico durante la evolución sin perder las habilidades que ya poseían.

Dos proteínas, llamadas FCHO1 y FCHO2, ofrecen una ventana clara a este misterio. Son primas, nacidas de la duplicación de un gen antiguo, y ambas sirven como pioneras para el mismo proceso celular. A pesar de su historia compartida y su diseño general similar, realizan tareas distintas y no pueden intercambiar sus lugares entre sí. Si una falta, la otra no puede asumir sus deberes. Los investigadores se propusieron comprender por qué estas dos proteínas casi idénticas se comportan de manera tan diferente. Al utilizar una técnica llamada espectroscopia de resonancia magnética nuclear, que permite a los científicos observar el movimiento de los átomos en una proteína, descubrieron que la diferencia reside en un cambio específico y fugaz dentro de las secciones laxas. Mientras que la región desordenada de FCHO2 permanece completamente sin forma, la región correspondiente en FCHO1 ocasionalmente se ajusta en una forma de espiral apretada conocida como hélice. Esta espiral no es permanente; se forma y se disuelve rápidamente, pero es lo suficientemente estable como para ser detectada y estudiada.

El estudio reveló que esta espiral temporal es la clave del comportamiento único de la proteína. En FCHO1, la hélice actúa como un imán que hace que las proteínas se adhieran entre sí, impulsándolas a ensamblarse en cúmulos más grandes dentro de la célula. FCAO2 carece de esta hélice y, como resultado, no se agrupa de la misma manera. Para demostrar que este pequeño rasgo estructural era la causa única de la diferencia, los investigadores realizaron un experimento preciso. Tomaron el código genético para la hélice de FCHO1 y lo insertaron en FCHO2. Esta simple adición fue suficiente para transformar a FCHO2, otorgándole la capacidad de adherirse a sí misma y formar los mismos ensamblajes celulares que su prima. Este hallazgo demuestra que una nueva función puede surgir simplemente porque una región desordenada gane la capacidad de formar una estructura transitoria, convirtiendo un segmento flexible en un módulo funcional que puede transferirse entre proteínas.

El análisis evolutivo mostró que esta capacidad helicoidal no existía en el ancestro original de estas proteínas. Apareció solo después de que el gen se duplicara y, con el tiempo, la tendencia a formar esta forma se volvió más fuerte y confiable. Sorprendentemente, incluso cuando FCHO1 ganó esta nueva capacidad, mantuvo la función original de ambas proteínas: la capacidad de unirse a la membrana celular. La región que formó la nueva hélice aún desempeñaba su antiguo trabajo de unirse a la superficie, demostrando que una proteína puede evolucionar un nuevo comportamiento sin descartar el suyo anterior. Este trabajo proporciona un mecanismo claro de cómo la naturaleza puede especializar proteínas que comienzan siendo idénticas. Al añadir una pequeña estructura temporal a una región flexible, la evolución puede crear una nueva herramienta para la célula mientras preserva las funciones esenciales que mantienen vivo al organismo.