Proteínas multifuncionales: desplazamiento de gen no ortólogo como posible mecanismo para obtener una función moonlighting

Abstract

Las proteínas moonlighting son aquellas que realizan más de una función utilizando la misma cadena polipeptídica. Identificar estas proteínas es necesario tanto para su anotación funcional como por su relevancia en múltiples aspectos bioquímicos y fisiopatológicos, estando implicadas en virulencia de microorganismos y patologías humanas. Es un fenómeno de gran complejidad, pues comprender cómo surgen y coexisten diferentes funciones sin interferir entre ellas supone un reto. Aún quedan muchas cuestiones por resolver como cuál es su origen evolutivo o cuáles son los mecanismos por los que se adquieren estas funciones adicionales. En este trabajo se ha estudiado la relación entre las proteínas multifuncionales y el Non Orthologous Gene Displacement (NOGD), un fenómeno por el que un componente esperado de una vía enzimática está ausente y su función es realizada por otra proteína. Se han encontrado 124 proteínas moonlighting que realizan funciones de proteínas NOGD e incluso hay varios ejemplos de proteínas NOGD que son multifuncionales. Se analizó la relación filogenética entre las proteínas multifuncionales y NOGD que realizan la misma función y se ha visto que las dos proteínas NOGD tienen líneas evolutivas diferentes y que una de ellas es o se relaciona con una proteína multifuncional. Este hecho sugiere que el NOGD puede ser un mecanismo por el cual una proteína podría adquirir una nueva función para sustituir al componente faltante de la vía y se convertiría, por tanto, en una proteína multifuncional si conserva su función original.

Moonlighting proteins performs more than one function using the same polypeptide chain. Identifying these proteins is necessary for their functional annotation and for their relevance in multiple biochemical and pathophysiological aspects, being implicated in the virulence of microorganisms and human diseases. It is a highly complex phenomenon, since understanding how different functions arise and coexist without interfering with each other is a challenge. Many questions remain to be resolved, such as their evolutionary origin or the mechanisms by which these additional functions are acquired. In this work, the relationship between multifunctional proteins and Non Orthologous Gene Displacement (NOGD) has been studied. NOGD is a phenomenon in which an expected component of an enzyme pathway is absent and its function is performed by another protein. We have found 124 moonlighting proteins with functions of NOGD proteins and even some examples in which NOGD proteins are multifunctional itselves. We have analyzed the phylogenetic relationship between multifunctional proteins and NOGD performing the same function. We obtained that NOGD proteins have different evolutionary lines and almost one of them is a multifunctional protein or is related to that. This fact suggests that NOGD may be a mechanism by which a protein could acquire a new function to replace the missing component of the pathway and would therefore become a multifunctional protein if it retains its original function.

Les proteïnes moonlighting són aquelles que realitzen més d'una funció utilitzant la mateixa cadena polipeptídica. Identificar aquestes proteïnes és necessari tant per a la seva anotació funcional com per la seva rellevància en múltiples aspectes bioquímics i fisiopatològics, estant implicades en virulència de microorganismes i patologies humanes. És un fenomen de gran complexitat, ja que comprendre com sorgeixen i coexisteixen diferents funcions sense interferir entre elles suposa un repte. Encara queden moltes qüestions per resoldre com quin és el seu origen evolutiu o quins són els mecanismes pels quals s'adquireixen aquestes funcions addicionals. En aquest treball s'ha estudiat la relació entre les proteïnes multifuncionals i el Non Orthologous Gene Displacement (NOGD), un fenomen pel qual un component esperat d'una via enzimàtica està absent i la seva funció és realitzada per una altra proteïna. S'han trobat 124 proteïnes moonlighting que realitzen funcions de proteïnes NOGD i fins i tot hi ha diversos exemples de proteïnes NOGD que són multifuncionals. Es va analitzar la relació filogenètica entre les proteïnes multifuncionals i NOGD que realitzen la mateixa funció i s'ha vist que les dues proteïnes NOGD tenen línies evolutives diferents i que una d'elles és o es relaciona amb una proteïna multifuncional. Aquest fet suggereix que el NOGD pot ser un mecanisme pel qual una proteïna podria adquirir una nova funció per substituir el component que falta de la via i es convertiria, per tant, en una proteïna multifuncional si conserva la seva funció original.