Un ratchet epistático restringe la dirección de la evolución del receptor de glucocorticoides

Área de la Ciencia:

• Biología evolutiva Biología evolutiva.
• Biología Molecular Biología Molecular
• La bioquímica es la bioquímica.

Sus antecedentes:

• La reversibilidad de la evolución, particularmente para rasgos complejos como la función de las proteínas, sigue siendo una cuestión importante en biología.
• Los estudios previos sobre la reversibilidad evolutiva han estado limitados por desafíos metodológicos y una falta de comprensión mecanicista.
• Comprender los factores que causan la irreversibilidad evolutiva es crucial para comprender la historia y el futuro de la vida.

Objetivo del estudio:

• Investigar la reversibilidad de los cambios evolutivos en la estructura y función de las proteínas utilizando un estudio de caso específico.
• Determinar la base mecanicista de la irreversibilidad evolutiva en la especificidad hormonal del receptor glucocorticoide de los vertebrados.
• Evaluar el papel de la contingencia histórica en la configuración de las trayectorias evolutivas.

Principales métodos:

• Reconstrucción de genes ancestrales para recrear formas pasadas de proteínas.
• La ingeniería de proteínas para alterar sistemáticamente mutaciones específicas.
• Cristalografía de rayos X para determinar las estructuras tridimensionales de las variantes de proteínas.

Principales resultados:

• La evolución de la nueva especificidad hormonal en el receptor glucocorticoide involucró cinco mutaciones "restrictivas" que optimizaron la nueva función.
• Estas mutaciones restrictivas desestabilizaron la estructura proteica requerida para la conformación ancestral, haciendo que la reversión directa no fuera funcional.
• La reversión de las mutaciones restrictivas por sí sola no restauró la función ancestral, lo que indica un camino evolutivo de un solo sentido.

Conclusiones:

• Las vías evolutivas que conducen a nuevas funciones de proteínas pueden volverse evolutivamente inaccesibles debido a las posteriores mutaciones optimizadoras.
• La epistasis observada en forma de hendidura demuestra que la contingencia histórica juega un papel crítico en la evolución de las proteínas.
• La inversión directa de cambios evolutivos complejos en las proteínas es poco probable, incluso bajo una fuerte presión selectiva para el estado ancestral.