Le modifiche nelle proteine come meccanismo evolutivo

L'evoluzione di lieviti (in grigio e rosso) con la spettrometria di massa in verde (Immagine cortesia Villen Lab/University of Washington)
L’evoluzione di lieviti (in grigio e rosso) con la spettrometria di massa in verde (Immagine cortesia Villen Lab/University of Washington)

Un articolo pubblicato sulla rivista “Science” descrive una ricerca che afferma l’importanza del meccanismo chiamato modificazione post traduzionale nell’evoluzione. Un team internazionale guidato da Pedro Beltrao dello European Molecular Biology Laboratory, European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) e dalla professoressa Judit Villen dell’Università di Washington ha indagato in particolare sulla fosforilazione ottenendo informazioni utili anche in ricerche mediche come quelle sul cancro.

Le ricerche riguardanti i meccanismi dell’evoluzione si sono concentrati sull’espressione dei geni, che controllano tra le altre cose la produzione di proteine. Tuttavia, anche il meccanismo cellulare della modificazione post traduzionale svolge un ruolo importante. In precedenti studi, il confronto tra proteine in specie imparentate aveva evidenziato pochissime mutazioni perciò quel tipo di meccanismo non erano stato considerato importante ma in questa nuova ricerca è stato scoperto che sono necessarie poche mutazioni per avere un forte impatto sul modo in cui proteine e cellule funzionano.

I ricercatori hanno ricostruito la storia evolutiva di siti di fosforilazione, le modifiche che possono controllare le proteine, in 18 specie di funghi unicellulari, per la precisione lieviti, tracciandone le mutazioni. Fino a poco tempo fa non era possibili studiare la fosforilazione in maniera così approfondita o per così tanti campioni ma i progressi tecnologici con applicazioni alla genetica come la bioinformatica e la spettrometria di massa oggi permettono di condurre ricerche di questo tipo.

L’analisi dei siti di fosforilazione indica che la maggior parte è arrivata in tempi relativamente recenti nell’evoluzione dei lieviti. Ciò indica che sono parte di ciò che rende le specie diverse e un fattore importante nella diversità evolutiva. I cambiamenti nella fosforilazione risultano importanti nell’adattamento di una specie a una nuova situazione proprio come i cambiamenti nelle espressioni genetiche.

Queste scoperte possono essere utili anche nelle ricerche sul cancro. Alcuni farmaci anti-tumorali bloccano i tumori bloccando i meccanismi di funzionamento delle proteine che permettono la loro crescita. Il problema è che le mutazioni tumorali generano altre modificazioni post traduzionali aggirando i blocchi imposti dai farmaci. La maggior parte delle mutazioni è inutile ma quella che si rivela utile viene selezionata.

Questa ricerca è connessa a una serie di lavori compiuti nel corso degli anni, alcuni dei quali hanno coinvolto Pedro Beltrao. Lo studio di lieviti ha permesso di comprendere meglio meccanismi evolutivi validi in generale con prospettive che andranno valutate nel tempo in vari campi.

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