Para entender melhor o que impulsiona a diversidade biológica na Terra, os cientistas historicamente analisaram as diferenças genéticas entre as espécies. Mas isso fornece apenas parte da imagem. As características de uma determinada espécie não são meramente o resultado de seus genes, mas também as proteínas que esses genes codificam. Entender as diferenças entre os proteomas das espécies – ou todas as proteínas que podem ser expressas – é, portanto, tão importante quanto entender as diferenças entre os genomas.

Em um novo estudo, pesquisadores de Yale compararam os proteomas de células da pele de 11 mamíferos, o que, segundo eles, ajudará os cientistas a entender os fatores moleculares da biodiversidade e como esses fatores evoluíram ao longo do tempo.

Eles descobriram que, embora muitas proteínas sejam igualmente variáveis ??entre e dentro das espécies, algumas são mais variáveis ??entre as espécies, fornecendo pistas sobre quais proteínas podem ser mais importantes na evolução dos mamíferos. O trabalho também pode ajudar os pesquisadores a entender por que algumas espécies são mais resistentes ao câncer.

Suas descobertas foram publicadas em 9 de setembro na Science Advances .

“ Para entender a diversidade biológica, além de saber como o DNA é diferente entre as espécies, você também pode querer saber como as espécies se comportam, se desenvolvem e se parecem de maneira diferente”, disse Günter Wagner , professor emérito de Ecologia e Biologia Evolutiva da Alison Richard. .

E acredita-se que esses atributos – como uma espécie se parece, se comporta e se desenvolve – estão mais intimamente relacionados aos níveis de proteína do que ao DNA, explicou Yansheng Liu , professor assistente de farmacologia da Yale School of Medicine.

Comparar as quantidades de proteínas entre as espécies tem sido difícil, no entanto, já que a tecnologia para fazer análises em larga escala não existia. Mas Liu aplicou um método chamado espectrometria de massa de aquisição independente de dados que agora permite que os pesquisadores façam esse tipo de trabalho.

“ É um avanço conceitual e técnico que nos permite trabalhar nesse nível mais alto e funcionalmente relevante”, disse Wagner.

Liu é membro do Instituto de Biologia do Câncer de Yale e Wagner é membro do Instituto de Biologia de Sistemas, ambos localizados no Campus Oeste de Yale. Foi lá, durante um simpósio de biologia de sistemas de câncer que ambos participaram, que sua colaboração começou.

Para o estudo, os pesquisadores quantificaram todas as proteínas expressas nas células da pele de 11 espécies de mamíferos: coelhos, ratos, macacos, humanos, ovelhas, vacas, porcos, cães, gatos, cavalos e gambás.

A análise, eles descobriram, forneceu informações que não poderiam ser obtidas por outras técnicas. Por exemplo, enquanto pesquisas anteriores analisaram diferenças no mRNA - o material genético usado para criar proteínas - eles descobriram que a medição de proteínas forneceu informações adicionais que não podiam ser capturadas analisando apenas o mRNA, pois o mRNA é apenas uma medida indireta da abundância de proteínas .

Uma fita de mRNA carrega o código para criar uma proteína. E enquanto proteínas individuais podem ter uma função específica, as proteínas também podem interagir umas com as outras e atuar como grupos, explicou Liu. Apenas olhar para o mRNA não fornecerá essa informação.

“ Descobrimos que, particularmente para certas classes de proteínas, a relação da proteína com o mRNA é muito baixa”, disse Liu. “Isso significa que o perfil de mRNA por si só seria enganoso.”

A equipe então analisou a variação de proteínas entre as espécies e entre os indivíduos da mesma espécie, descobrindo que, para a maioria das proteínas, os níveis que eram mais variáveis ??entre os indivíduos também eram mais variáveis ??entre as espécies. Mas havia algumas proteínas que não se encaixavam nessa tendência. Por exemplo, proteínas relacionadas à divisão celular e metabolismo de RNA foram mais variáveis ??entre espécies do que entre indivíduos de uma espécie (humanos, neste caso). Isso sugere que essas funções desempenham um papel particularmente importante na evolução dos mamíferos, disseram os pesquisadores.

“ Diferenças interespécies versus diferenças interindividuais é muito interessante do ponto de vista evolutivo”, disse Wagner. “Comparar os dois nos dá uma ideia de quanta variação é tolerada dentro de uma espécie e podemos usar essa informação para prever a capacidade de evolução.”

Por fim, os pesquisadores compararam os sistemas de remoção de proteínas entre as espécies. Existem dois sistemas principais responsáveis ????pela remoção de proteínas nas células, e eles descobriram que um era semelhante entre as espécies, enquanto o outro exibia bastante variação entre os diferentes mamíferos.

Essa renovação de proteínas determina a rapidez com que uma célula pode mudar seu estado, acrescentou Wagner. “Se um novo sinal chegar, a célula precisa jogar fora as proteínas que eram necessárias para seu estado anterior e criar novas”, disse ele.

E a rapidez com que uma célula muda de estado pode ser relevante para o câncer.

“ As células saudáveis ??podem ser influenciadas por células cancerosas próximas”, disse Wagner. “Será importante entender se as taxas de renovação de proteínas estão relacionadas à forma como as células reativas são às influências das células tumorais. Talvez espécies mais resistentes ao câncer, como animais com cascos como vacas e porcos, tenham células menos capazes de mudar de estado e menos suscetíveis aos sinais das células cancerígenas.”

E entender a vulnerabilidade do câncer é apenas uma aplicação potencial deste trabalho, disseram os pesquisadores. Por exemplo, eles podem começar a correlacionar as diferenças de proteínas com quaisquer outras características que diferem entre as espécies, diz Liu.

As proteínas estão sujeitas a modificações químicas, que ocorrem quando outras moléculas se ligam a uma proteína e a ativam ou desativam. E essas modificações contribuem para características que diferem entre e dentro das espécies, pois desempenham um papel importante na função da proteína. Os pesquisadores avaliaram um tipo de modificação neste estudo, a fosforilação, encontrando variações nos níveis de fosforilação que, em sua maioria, não estavam relacionadas a variações na abundância de proteínas, fornecendo outra camada de compreensão sobre o que impulsiona a biodiversidade. Os pesquisadores continuarão a avaliar outras modificações em trabalhos futuros.

“ Isso fornecerá uma imagem mais completa”, disse Liu, acrescentando que as variabilidades biológicas entre espécies e indivíduos são o que molda a diversidade biológica na Terra. “Medir as diferenças em proteínas e proteínas modificadas entre as espécies avançará nossa compreensão da biodiversidade no nível molecular”.