Phylogenetic and structural studies uncover the ancestral role of CYP74 clan proteins among proteobacterial P450s
Este estudio utiliza análisis filogenéticos y estructurales de las P450 proteobacterianas para proponer que las proteínas del clan CYP74 son el linaje ancestral de la superfamilia, caracterizado por una característica de bolsillo de cisteína de nueve aminoácidos conservada que se perdió progresivamente durante la evolución para facilitar el metabolismo aeróbico y las interacciones con socios redox.
Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Esta es una explicación generada por IA de un preprint que no ha sido revisado por pares. No es consejo médico. No tome decisiones de salud basándose en este contenido. Leer descargo de responsabilidad completo
Imagina una bulliciosa ciudad de máquinas microscópicas llamadas proteínas, cada una con un trabajo específico para mantener la vida en marcha. Entre las más importantes se encuentran los Citocromos P450, o "P450" para abreviar. Puedes pensar en ellos como los maestros químicos del mundo biológico. Su función principal es tomar materias primas y retocarlas, a menudo añadiendo oxígeno, para crear las moléculas complejas que los organismos necesitan para sobrevivir, crecer y comunicarse. Durante mucho tiempo, los científicos han intentado dibujar un árbol genealógico para estos P450 para averiguar quién está emparentado con quién y cómo evolucionaron. Pero es un trabajo desordenado. Hay millones de estas proteínas en todos los reinos de la vida, desde las bacterias hasta los humanos, y han cambiado tanto a lo largo de miles de millones de años que es como intentar clasificar un montón de fotos familiares trituradas donde todos se ven ligeramente diferentes. Para resolver este rompecabezas, los investigadores decidieron centrarse en un solo vecindario: las Proteobacterias, un enorme grupo de bacterias. Al observar únicamente a estos primos bacterianos, esperaban eliminar el ruido y encontrar las verdaderas raíces de todo el árbol genealógico de la familia P450.
La historia que cuenta este artículo es como una investigación detectivesca sobre la historia antigua de estas máquinas químicas. Los investigadores, liderados por Alexander Grechkin, reunieron un conjunto masivo de datos de 81 proteínas P450 diferentes de varios tipos de Proteobacterias. No se limitaron a mirar los trabajos de las proteínas; observaron sus planos —sus secuencias de aminoácidos— y construyeron un árbol genealógico detallado utilizando potentes modelos informáticos. La gran pregunta era: ¿cuál de estas proteínas bacterianas es el "abuelo" de todas las demás?
La investigación reveló un patrón claro que apunta a un ancestro sorprendente. El estudio encontró que el clan CYP74 de proteínas se encuentra en la parte inferior, o la base, del árbol evolutivo. Esto sugiere que las proteínas CYP74 son las representantes vivientes más antiguas de la familia P450. Pero la pista más fascinante no fue solo dónde se situaban en el árbol; fue una extraña característica física que todas compartían.
Imagina la proteína P450 como una cerradura diminuta y compleja. En medio de esta cerradura, hay un bolsillo especial donde encaja una llave (una molécula llamada hemo). En la mayoría de las P450 modernas, este bolsillo es suave y aerodinámico. Sin embargo, las antiguas proteínas CYP74 tienen un extraño trozo de tela extra —una "cola" hecha de aminoácidos— que sobresale directamente en este bolsillo. Los investigadores descubrieron que esta "cola" es una inserción de nueve aminoácidos (o una inserción de diez aminoácidos en una bacteria específica, de aspecto muy antiguo, llamada Paracoccaceae).
A medida que los investigadores subían por el árbol genealógico desde las antiguas CYP74 hacia sus descendientes más modernos, notaron una tendencia fascinante: esta "cola" empezaba a hacerse más corta.
- El clan CYP5164 (un grupo hermano de CYP74) tenía una cola de siete aminoácidos.
- La familia CYP152 tenía una cola de cuatro aminoácidos.
- Un grupo de proteínas no clasificadas tenía una cola de tres aminoácidos.
- Finalmente, los grupos más modernos (como los clanes CYP7, CYP4 y CYP51) no tenían cola en absoluto.
El artículo sugiere que esta "cola" no fue en realidad una adición que ocurrió más tarde; sino que era una característica primitiva que los ancestros poseían, la cual sus descendientes perdieron gradualmente. Piensa en ello como un abrigo de invierno pesado y voluminoso. Las primeras P450 usaban este abrigo pesado (la inserción larga) porque vivían en un mundo antiguo sin mucho oxígeno. Pero a medida que la atmósfera de la Tierra cambió y el oxígeno se volvió abundante, estas proteínas necesitaron cambiar su forma de trabajar. Tenían que interactuar con nuevos socios (compañeros redox) para funcionar en este nuevo mundo rico en oxígeno. ¡El abrigo pesado estorbaba! Así que, a lo largo de millones de años, la evolución recortó lentamente el abrigo, cortando los aminoácidos poco a poco hasta que las proteínas quedaron elegantes y listas para su nuevo estilo de vida aeróbico.
El estudio argumenta explícitamente contra una idea anterior que sugería que estas "colas" se añadieron más tarde para evitar que las proteínas interactuaran con los socios equivocados. En su lugar, los autores proponen lo contrario: la cola era el estado original, y perderla era el paso necesario para permitir que las proteínas evolucionaran hacia las máquinas dependientes del oxígeno que vemos hoy.
Al utilizar la proteína CYP74 de la bacteria Paracoccaceae como punto de referencia (un "grupo externo"), los investigadores también construyeron árboles genealógicos para plantas (Arabidopsis) y animales (Branchiostoma). En ambos casos, las proteínas CYP74 seguían apareciendo en la base del árbol, reforzando la idea de que son los antiguos ancestros de las P450 en todo el árbol de la vida, no solo en las bacterias.
En resumen, este artículo sugiere que la "extraña cola" encontrada en las proteínas CYP74 es un fósil molecular. Es un remanente de las primeras P450 que vivieron en una Tierra pobre en oxígeno. A medida que la vida evolucionó para respirar oxígeno, estas proteínas se desprendieron de sus antiguas colas para convertirse en los eficientes químicos que utilizan el oxígeno que impulsan la vida hoy en día. El estudio no pretende haber resuelto todos los misterios de la evolución de las P450, pero proporciona un mapa sólido y respaldado por datos que muestra que el clan CYP74 es la raíz de la cual creció el resto de la familia.
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