RECONSTRUYENDO LA HISTORIA EVOLUTIVA DE LAS DESHIDROGENASAS DEPENDIENTES DE F420

MASCOTTI ML; FRAAIJE, MW; KUMAR, H; JURI AYUB, M; NGUYEN, QT

Congreso; III REUNIÓN ARGENTINA DE BIOLOGIA EVOLUTIVA; 2019

FCE-UBA

    Cómo se originan y evolucionan las funciones enzimáticas resulta una pregunta fascinante. Diversos procesos han moldeado la historia de la bioquímica en los seres vivos ya que, empleando un limitado número de plegamientos de proteínas y cofactores, ha surgido una gran diversidad de funciones enzimáticas. Por ello, así en la naturaleza como existen una variedad de funciones, también existen diferentes alternativas para solucionar un mismo problema bioquímico.     Las enzimas dependientes del cofactor F420 se encuentran presentes en distintas especies de bacterias y arqueobacterias. Las mismas son responsables de actividades metabólicas cruciales para dichos microorganismos, como la fijación de CO2 y la oxidación de fuentes de energía. Por ejemplo, la presencia de F420 se encuentra relacionada a la patogenicidad de especies de Mycobacterium y a su tolerancia a condiciones de anaerobiosis. Existen diversas superfamilias de enzimas que emplean dicho cofactor. Particularmente, resultan de nuestro interés aquellas que presentan un plegamiento de tipo barril y se hallan relacionadas evolutivamente a las luciferasas dependientes de FMN. En este trabajo , se abordó el estudio de la historia evolutiva y diversificación funcional de dicha familia de proteínas mediante filogenia molecular y reconstrucción de secuencias ancestrales (ASR). La ASR  es una aproximación integrada que permite investigar la evolución de la función de familias de proteínas. Consiste en inferir a partir de las secuencias de proteínas actuales las correspondientes a sus ancestros, para luego caracterizarlas experimentalmente en el laboratorio.    Mediante análisis filogenéticos inferimos que las enzimas dependientes de F420 forman un grupo monofilético, el cual emergió a partir de un ancestro dependiente de FMN. Dentro del clado de dichas enzimas, se distinguen dos familias independientes: las reductasas y las deshidrogenasas, presentando actividades bioquímicas opuestas. A su vez, las deshidrogenasas incluyen dos clados hermanos; uno de ellos alberga enzimas con actividad glucosa-6-P deshidrogenasa (FGD) y el segundo no posee enzimas caracterizadas. Por ello, se clonaron y caracterizaron dos enzimas de este segundo clado, que exhibieron actividad azúcar-P deshidrogenasa (FSD). Posteriormente, mediante ASR se caracterizó el ancestro común de las FSD y FGD (AncD1), el cual mostró actividad azúcar deshidrogenasa, menor eficiencia catalítica, menor selectividad de sustratos y mayor termoestabilidad en comparación con las enzimas actuales.    En síntesis, nuestros resultados muestran que mediante esta aproximación es posible comprender los hitos evolutivos que llevan al surgimiento de nuevas funciones enzimáticas.