La ingeniería de las vías de señalización ortogonales revela la escasa ocupación del espacio de secuencia

Área de la Ciencia:

• Biología molecular
• Biología sintética
• Biología de sistemas

Sus antecedentes:

• La duplicación de genes crea nuevas vías de señalización, pero requiere aislamiento para evitar la interferencia.
• La ingeniería de nuevas vías o su transferencia entre genomas enfrenta desafíos debido a los parálogos existentes.
• La facilidad de introducción de la vía depende de la densidad de paralog en el espacio de secuencia, definida por los residuos que determinan la especificidad.

Objetivo del estudio:

• Para investigar la densidad y distribución de las vías parálogas en el espacio de secuencia.
• Para generar nuevas vías de señalización aisladas de dos componentes en Escherichia coli.
• Evaluar el potencial de diseño de novo de las vías de señalización ortogonales.

Principales métodos:

• Utilizó la clasificación celular junto con la secuenciación profunda para analizar grandes bibliotecas de proteínas diseñadas.
• Bibliotecas diseñadas basadas en patrones coevolucionarios para generar nuevos pares de quinasas y sustratos.
• Prueba de ortogonalidad de las vías generadas con las vías existentes en E. coli.

Principales resultados:

• Se han producido con éxito 58 vías aisladas con nuevas especificidades de quinasa-sustrato.
• Se demostró que varias vías nuevas son ortogonales a las 27 vías existentes de E. coli.
• Se identificaron conjuntos de seis pares mutuamente ortogonales de quinasas y sustratos, aumentando la capacidad de señalización.

Conclusiones:

• El espacio de secuencia no está densamente ocupado por vías parálogas.
• La escasez sugiere que las nuevas vías aisladas pueden evolucionar fácilmente o ser diseñadas de novo.
• Se ha diseñado con éxito una nueva vía que responde a la citocinina vegetal sin interferencia, validando el diseño de novo.