En la célula de cada planta actúa una orquesta en la que los músicos son siempre los mismos, pero cada especie tiene su propia partitura. El instrumento principal de esa orquesta es la proteasoma 26S, una gran máquina proteica que destruye las proteínas marcadas. Está presente en todos los eucariotas y su estructura es asombrosamente conservada: desde las levaduras hasta el ser humano, los detalles apenas han cambiado. Sin embargo, en las plantas el número de genes que codifican las subunidades de la proteasoma varía mucho, y hasta ahora no estaba claro cómo influyen esas duplicaciones en la regulación.
Los autores reunieron los genomas de 18 especies de Viridiplantae, desde el alga unicelular Chlamydomonas reinhardtii hasta las plantas con flores, y mediante búsquedas por homología identificaron todos los genes de las subunidades de la proteasoma 26S. Para cada familia de subunidades construyeron alineamientos y árboles filogenéticos, y luego los conciliaron con el árbol de especies para reconstruir la historia de las duplicaciones. Escanearon los promotores de los genes de la proteasoma en busca de un enriquecimiento de motivos cortos de ADN, comparando su frecuencia cerca del inicio de la transcripción con el fondo del genoma. Además, usaron datos de modificaciones postraduccionales, predicciones de regiones intrínsecamente desordenadas y cálculos del potencial electrostático.
En 16 de las 18 especies aparecieron genes duplicados de la proteasoma, y los patrones de duplicación son específicos de cada especie y en su mayoría surgieron hace poco. Las antiguas duplicaciones de todo el genoma apenas influyeron en la expansión de la familia, mientras que las recientes, por ejemplo en los musgos o en las leguminosas, dejaron su huella. A nivel de proteínas, la selección fue purificadora: solo cuatro casos de 886 mostraron indicios de selección positiva. Las diferencias entre parálogos se reducían a un ajuste fino del potencial electrostático de la superficie y al cambio de sitios de fosforilación. Mucho más divergió la regulación: los parálogos respondían de manera distinta al estrés, y esa tendencia se observa desde los musgos hasta las angiospermas.
Los mutantes trb4 trb5 resultaron hipersensibles al inhibidor de la proteasoma y en ellos se alteraba la inducción de los genes de la proteasoma. Por último, el análisis de coevolución reveló una red de 386 proteínas que evolucionan de forma coordinada con la proteasoma y que están enriquecidas con los mismos motivos reguladores. Esto significa que la proteasoma está integrada en una red más amplia que se adapta a las necesidades de cada especie.
El trabajo muestra por primera vez que en las plantas una máquina conservada de degradación de proteínas evoluciona no mediante cambios en las propias proteínas, sino a través de una reconfiguración de la lógica reguladora. Es como si los músicos de la orquesta siguieran siendo los mismos, pero el director cambiara las partituras: en una especie la proteasoma se activa más en respuesta a la sequía, en otra, al frío. El descubrimiento del papel de las proteínas TRB en la regulación de la proteasoma añade una nueva capa a la comprensión de cómo la célula coordina la proteostasis con otros procesos, incluidos el ciclo celular y la fotosíntesis. Por ahora es conocimiento fundamental, pero marca el rumbo para la selección de plantas resistentes al estrés, pues la proteostasis es crítica para sobrevivir en condiciones adversas.
En Arabidopsis, los promotores de los genes de la proteasoma contienen un motivo que también aparece en los telómeros, los extremos de los cromosomas. Las proteínas que normalmente protegen los extremos de los cromosomas resultaron ser capaces de activar los genes de la proteasoma.
No publicado en arXiv. Aquí están su página, el PDF y la formalización: puede comprobarlo usted mismo, no solo leer nuestro análisis.