La epistasia es el factor principal que regula la evolución a nivel de las proteínas

En genética se llama epistasia a la interacción entre diferentes genes en relación a cierta característica del fenotipo. En concreto, al hecho de que un gen en cierto locus puede afectar al fenotipo resultado de otro gen en otro locus diferente. Se publica en Natureun análisis estadístico cuantitativo que muestra que la epistasia es el factor más importante que regula la evolución al nivel de las proteínas; el riguroso análisis de las secuencias de proteínas realizado por Breen et al. sugiere que las interacciones funcionales entre los aminoácidos son un factor clave en la evolución de las secuencias de las proteínas. Aunque aún no está resuelta la cuestión de si la evolución viene determinada por la ecología y el medio ambiente (la selección natural de Darwin y Wallace), o por las características internas del propio organismo (como el contexto genético en el que se produce una mutación), todo apunta que el papel de estas últimas es más importante de lo que muchos pensaban. El “teorema fundamental” de la selección natural en la genética de poblaciones afirma que la respuesta genética a la selección es independiente del contexto que existe en la población; la epistasia, cuando existe, es simple ruido dentro del proceso evolutivo. Sin embargo, este teorema podría ser incorrecto al nivel del proteoma y su evolución de confirmarse los estudios de Breen y sus colegas. Los autores han estudiado la epistasia en las secuencias de aminoácidos de 16 proteínas compartidas por al menos 1.000 especies (y cuya secuencia sea conocida). Sin epistasia, la ausencia de correlaciones estadísticas entre genes debería dar un valor cercano al 50%, sin embargo, su análisis estadístico encuentra un valor de solo el 5%, lo que implica que la epistasia es un factor clave. La sustitución de un aminoácido concreto solo se mantiene durante mucho tiempo evolutivo si va acompañado de ciertas sustituciones adecuadas de otros aminoácidos en otras partes de la misma proteína. Un resultado realmente sorprendente. Nos lo cuenta Günter P. Wagner, “Genetics: The inner life of proteins,” Nature 490: 493-494, 25 October 2012, quien se hace eco del artículo técnico de Michael S. Breen, Carsten Kemena, Peter K. Vlasov, Cedric Notredame & Fyodor A. Kondrashov, “Epistasis as the primary factor in molecular evolution,” Nature 490: 535-538, 25 October 2012.

 

Esta tabla muestra los 16 genes (o proteínas) estudiados, cuyas secuencias fueron alineadas utilizando el algoritmo T-Coffee. Para cada alineamiento se calculó el uso de aminoácidos (u), definido como el número de diferentes aminoácidos observados por sitio. El uso medio entre todos los genes fue de 9, lo que significa que a lo largo de la evolución, en promedio, un cierto lugar puede aceptar aproximadamente la mitad de todos los aminoácidos disponibles. En genética dos secuencias son homólogas si son similares en ciertos sitios debido a que presentan un mismo origen evolutivo. Sin epistasia, cambios en un aminoácido observado en una especie deberían ser aceptable en otras especies con secuencias homólogas en otros aminoácidos. Esta predicción se puede expresar en términos del cociente dN/dS entre las tasas por sitio de evolución sinónima (S) y no sinónima (N); sin epistasia su valor debe ser del cercano a 0,5 (como muestra la columna 6 de la tabla). Con epistasia, el valor de dN/dS se reduce en un factor de 10 hasta un valor cercano a 0,05 que coincide bastante bien con las observaciones (como muestra la columna 7 de la tabla). El artículo técnico presenta un análisis estadístico riguroso que concluye que la con alta probabilidad la epistasia es responsable de gran parte de la evolución en la escala de las proteínas.

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