Derivando relaciones evolutivas entre las proteínas de cubierta de membrana mediante comparaciones estructurales
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Date
2021
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Abstract
Las proteínas de cubierta de membranas (MC) cumplen un rol esencial en el transporte
intracelular, permitiendo el intercambio de materiales entre los compartimientos especializados
dentro de las células eucariotas. Las proteínas MC poseen una combinación única de dominios
β-propeller/α-solenoide que les otorga la capacidad de deformar membranas. Su arquitectura y
las señales de secuencia señalan que estas proteínas probablemente evolucionaron a partir de un
ancestro común, pero la gran divergencia estructural lleva a sugerir que estas proteínas han
cambiado considerablemente durante la evolución. Esto constituye un reto sobre todo para
determinar relaciones evolutivas usando las herramientas disponibles basadas en comparación
de secuencias y estructuras producto de la extrema divergencia observada entre estas proteínas.
Actualmente no existe un claro consenso acerca de los diferentes tipos de arquitectura que
existen entre las proteínas de cubierta de membranas y, en el estado del arte, solamente se han
generado árboles filogenéticos cualitativos según las relaciones parciales encontradas entre sus
miembros sin considerar comparaciones estructurales a gran escala de manera exhaustiva.
Por ello, en el desarrollo de esta tesis se creó una nueva herramienta computacional para
la comparación flexible de estructura de proteínas llamada MOMA2, que permite evaluar las
similitudes estructurales entre proteínas muy divergentes mediante matrices de elementos de
estructuras secundarias que nos permiten capturar la topología de las proteínas. Este programa
ha sido diseñado para capturar las similitudes estructurales entre proteínas distantes mediante
comparaciones estructurales flexibles, permitiéndonos clasificarlas según sus dominios y
visualizar también el desplazamiento de cuerpo rígido de los sub-fragmentos encontrados
equivalentes. Por ende, hemos utilizado esta herramienta para generar un nuevo esquema de
clasificación de las proteínas de cubierta de membrana basado en la similitud estructural de sus
dominios, permitiéndonos a la vez, construir árboles filogenéticos basados en comparaciones
estructurales que confirman las relaciones conocidas, además permiten extender aquellas
relaciones ya existentes y finalmente descubrir nuevas relaciones entre sus miembros. Por
último, esta herramienta ha permitido reformular un modelo parsimonioso considerando las
posibles combinaciones de dominios que pudieron dar origen a los diferentes arreglos de
dominios que están presentes en las proteínas MC.
En síntesis, el desarrollo de esta nueva herramienta nos ha permitido específicamente
plantear los posibles pasos que dieron origen a las proteínas de cubierta de membrana a partir
de las comparaciones de estructurales a pesar de la extrema divergencia que poseen estas
proteínas. Por otro lado, desde una visión más general, esta herramienta nos abre nuevas
posibilidades para explorar relaciones que aún permanecen ocultas debido a la extrema
divergencia que poseen sus secuencias, pero que aún conservan sus similitudes estructurales.
Description
Tesis (Doctor en Ciencias Biológicas con mención en Genética Molecular y Microbiología)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2021