Evoluzione svelata: come le forme delle proteine rivelano le connessioni biologiche antiche

RomeUno studio rivoluzionario pubblicato su Nature Communications rivela che comprendere le forme tridimensionali delle proteine può aiutare i ricercatori a scoprire antichi legami evolutivi. Guidato dal Dr. Cedric Notredame e dalla Dr.ssa Leila Mansouri del Centre for Genomic Regulation, lo studio dimostra che le strutture proteiche offrono un metodo più affidabile rispetto alle sole sequenze di DNA per costruire alberi evolutivi.

Gli alberi evolutivi tradizionali si basano sul confronto delle sequenze di DNA o proteine per identificare le relazioni tra le specie. Tuttavia, nel tempo queste sequenze possono cambiare notevolmente, rendendo difficile risalire agli antenati comuni. Questo problema, noto come saturazione delle sequenze, spesso porta a ricostruzioni evolutive imprecise. La ricerca dimostra che le strutture proteiche rimangono più costanti nel tempo, offrendo una base più solida per comprendere la storia evolutiva.

Ecco cosa rende questo approccio rilevante:

• Utilizza le forme delle proteine per ricostruire la storia evolutiva.
• Integra le strutture proteiche con le sequenze genetiche per una maggiore precisione.
• È meno influenzato dai cambiamenti nel tempo rispetto ai soli dati genetici.
• Ha il potenziale per migliorare la comprensione delle chinasi umane, cruciali per lo sviluppo di farmaci.
• Aiuta a identificare le relazioni evolutive anche di un miliardo di anni fa.

Mappare l'Evoluzione con la Struttura delle Proteine

Concentrandosi sulla forma fisica delle proteine, i ricercatori hanno misurato le distanze intra-molecolari per tracciare le storie evolutive. Hanno scoperto che gli alberi ottenuti dai dati strutturali coincidevano strettamente con quelli costruiti tramite sequenze genomiche, ma con meno discrepanze. Questo approccio combinato permette agli scienziati di distinguere in modo più efficace tra relazioni accurate e inaccurate.

Questa scoperta potrebbe avere un impatto significativo in molti campi, tra cui la biotecnologia e la ricerca sulle malattie. Può migliorare la nostra comprensione di come si evolvono le malattie, facilitando lo sviluppo di nuovi vaccini e trattamenti. Analizzando le relazioni tra proteine come le chinasi, che svolgono un ruolo cruciale nelle funzioni cellulari, gli scienziati possono sviluppare terapie mirate più efficaci per malattie come il cancro. Lo studio apre nuove possibilità per esplorare l'evoluzione delle proteine su una scala senza precedenti, potenzialmente vantaggiosa per numerosi settori della scienza e della medicina.

Superare la saturazione evolutiva

La sfida della saturazione evolutiva rappresenta un problema significativo nella comprensione del passato remoto della storia della vita. Nel corso di lunghi periodi, le sequenze di DNA possono subire alterazioni rilevanti, rendendo difficile risalire alle loro forme originali. Questo complica la costruzione di alberi evolutivi accurati, sui quali gli scienziati fanno affidamento per comprendere le relazioni tra specie e geni.

Per affrontare questo problema, i ricercatori stanno ora concentrandosi sulle forme delle proteine. Queste strutture tridimensionali mantengono una maggiore stabilità nel tempo rispetto alle loro sequenze. Esse si adattano lentamente, preservando caratteristiche antiche che potrebbero andare perdute nelle sequenze. In questo approccio rivoluzionario, i ricercatori hanno misurato le distanze tra parti specifiche delle strutture proteiche, note come distanze intra-molecolari. Ecco perché questo metodo è così significativo:

• Rivela collegamenti evolutivi in modo più affidabile quando le sequenze di DNA non sono sufficienti.
• La combinazione di dati strutturali e genomici migliora l'accuratezza degli alberi evolutivi.
• Permette di esplorare nuove possibilità per lo studio delle relazioni antiche tra famiglie proteiche.

Un metodo innovativo elimina la necessità di conoscere le forme sperimentali delle proteine. Questo è cruciale data la grande quantità di dati strutturali previsti da strumenti come AlphaFold 2. Esistono milioni di sequenze proteiche e si prevede che questo numero aumenti con l'avanzamento di progetti come l'EarthBioGenome.

Comprendere queste connessioni è fondamentale non solo per semplice curiosità storica. Ad esempio, le protein-chinasi svolgono un ruolo cruciale in molte funzioni cellulari e sono obiettivi chiave nelle terapie contro il cancro. Creando un albero evolutivo delle chinasi più preciso, i ricercatori possono migliorare la comprensione del funzionamento di queste proteine, delle loro interazioni con i farmaci, e possibilmente migliorare i trattamenti. Le implicazioni vanno oltre la salute umana, contribuendo allo sviluppo dei vaccini e alla comprensione dell'evoluzione delle malattie, tra altre applicazioni. Lo studio delle strutture proteiche può offrire intuizioni uniche dove i soli dati genetici non bastano, aiutandoci a ricostruire il mosaico della storia antica della vita.

Implicazioni per la medicina

Lo studio più recente sulle forme proteiche ha implicazioni significative per la medicina. Le strutture delle proteine offrono nuovi modi per comprendere le malattie e migliorare i trattamenti. Ecco alcuni potenziali benefici medici.

Scoperte nel Design Farmaceutico e Biotecnologia

• Miglioramento nel design dei farmaci: La comprensione delle forme proteiche permette di creare farmaci più efficaci. Conoscere l'interazione strutturale delle proteine aiuta gli scienziati a progettare farmaci che si adattano meglio e funzionano in modo più efficiente.
• Ottimizzazione del trattamento contro il cancro: Molte terapie anticancro mirano a proteine specifiche, come le chinasi. Grazie a una conoscenza più dettagliata dell'evoluzione di queste proteine, possiamo sviluppare trattamenti oncologici più mirati.
• Potenziamento dello sviluppo dei vaccini: Comprendere l'evoluzione delle proteine consente una maggiore conoscenza dei patogeni, facilitando la creazione di vaccini che colpiscono i punti deboli di virus e batteri.
• Analisi dell'evoluzione delle malattie: Attraverso lo studio delle strutture proteiche, si ottengono indizi su come le malattie siano cambiate nel tempo, aiutando a prevedere cambiamenti futuri e preparare nuove cure.
• Innovazioni nella biotecnologia: L'ingegneria delle proteine può trarre vantaggio da queste ricerche, portando alla creazione di nuovi enzimi e bio-prodotti.

Unire le strutture proteiche ai dati genetici offre una visione più completa dell'evoluzione della vita. Questo approccio combinato riduce gli errori derivanti dal basarsi esclusivamente sulle sequenze genetiche, che possono cambiare nel tempo. Ci permette di scoprire connessioni prima invisibili.

In ambito medico, ciò si traduce in modelli più affidabili su come le proteine e, di conseguenza, le malattie si siano evolute. Prendiamo i chinasi, per esempio—sono fondamentali in molti processi cellulari e sono il bersaglio di numerosi farmaci. Comprendere la loro evoluzione aiuta a perfezionare questi trattamenti, migliorando potenzialmente i risultati per i pazienti.

Inoltre, alberi genealogici evolutivi migliorati possono indirizzare la ricerca oltre le chinasi. Possono aiutare a rintracciare le proteine legate a disturbi genetici, portando a diagnosi o terapie migliori. Una comprensione più profonda dell'evoluzione delle proteine permette ai ricercatori di adattare i trattamenti al patrimonio genetico individuale o prevedere come le malattie potrebbero rispondere a nuovi farmaci.

L'integrazione delle strutture proteiche nella ricerca medica rappresenta un promettente percorso futuro. Offre nuove opportunità per esplorare caratteristiche complesse e meccanismi di malattie, portando infine a progressi nel settore sanitario.