Uno studio pubblicato su Science dai ricercatori dello European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) e dell’Università di Washington focalizza l’attenzione sulla fosforilazione delle proteine quale modifica post-traslazionale che potrebbe rappresentare un importante driver evolutivo.
Il punto di vista del gruppo guidato da Pedro Beltrao potrebbe aiutare a meglio comprendere processi evolutivi estremamente attuali, come quelli che nei batteri danno origine alla multiresistenza antibiotica.
Le modifiche post-traslazionali potrebbero giocare, secondo gli studiosi, un ruolo altrettanto importante della variabilità genetica, identificata tradizionalmente come la causa principale dell’adattamento delle varie forme di vita alle condizioni ambientali in continuo cambiamento.
Modifiche della fosforilazione
Secondo i ricercatori dell’EMBL-EBI, le modalità di modifica post-traslazionale delle proteine, e in particolare i processi e siti di fosforilazione, rappresenterebbero una nuova “chiave” evolutiva. L’inserimento nella struttura proteica di gruppi fosfato rappresenta, infatti, uno snodo importante che regola la funzione delle proteine all’interno di molti cammini biochimici ed agisce spesso come punto di trasmissione del segnale.
La presenza o assenza di fosforilazione, acquisita tramite mutazione, può far sì che la proteina acquisisca nuove funzioni (o ne perda di preesistenti), possa essere attivata/disattivata o si localizzi in precisi distretti cellulari. La ricerca ha ricostruito la storia evolutiva dei siti di fosforilazione in diciotto diverse specie di funghi unicellulari. I metodi sperimentali e computazionali utilizzati hanno permesso di determinare da quanto tempo esistono questi centri di controllo, quando sono stati acquisiti e quanto rapidamente sono cambiati nel corso di milioni di anni.
L’articolo riporta le variazioni nelle frequenze dei motivi di fosforilazione e nell’attività chinasica delle proteine, coincidenti con eventi di duplicazione dell’intero genoma. “Se una specie deve adattarsi a un nuovo ambiente, deve generare molta diversità in molte generazioni cosicché l’evoluzione abbia a disposizione un insieme di opzioni tra cui scegliere. Un modo in cui ciò può accadere è tramite cambiamenti dell’espressione genica, ma variazioni della fosforilazione sono ugualmente efficaci”, ha spiegato il coordinatore del gruppo, Pedro Beltrao, che racconta sul suo blog la lunga storia che lo ha portato a questi risultati. Secondo la ricerca, la maggior parte dei siti di fosforilazione sarebbe relativamente recente, a indicare che la loro comparsa fa parte di ciò che ha determinato la diversità evolutiva.
Le modifiche post-traslazionali sono spesso alla base della comparsa di molte malattie. L’espressione genica controlla invece la possibilità che la proteina venga effettivamente espressa, e in quale tessuto. Lo studio pubblicato su Science evidenza come bastino poche mutazioni per cambiare i siti di modifica post-traslazionale, con un possibile grande impatto sulla funzionalità della proteina e dell’intera cellula. Un impatto che potrebbe, ad esempio, avere molte implicazioni nella messa a punto di terapie efficaci contro i tumori, spesso caratterizzati da una eterogeneità conseguente a diversità nella modifica post-traslazionale delle proteine coinvolte.
Uno dei possibili meccanismi di resistenza ai farmaci antitumorali prevede proprio una mutazione proteica, che crea inedite modifiche post-traslazionali e di trasmissione del segnale. “Imparare di più sul ruolo delle modifiche post-traslazionali nell’evoluzione fornisce anche un quadro più affidabile di come le proteine si integrano e trasportano l’informazione nella cellula. Questo a sua volta potrebbe aprire nuove ed eccitanti strade per la ricerca terapeutica”, ha aggiunto Pedro Beltrao.
