PROTEÍNAS NO-GTPASAS QUE COMPARTEN MOTIVOS COMUNES CON DOMINIOS G: ¿EVOLUCIÓN CONVERGENTE O DIVERGENTE O RECOMBINACIÓN DE DOMINIOS?

Abstract

Las GTPasas constituyen una superclase de proteínas con un plegamiento común. Cinco motivos G específicos, situados en los bucles, son característicos de esta superclase. Sin embargo, algunas proteínas adoptan el plegamiento de las GTPasas, aunque sus funciones son totalmente diferentes. Para encontrarlas, hemos analizado los resultados de búsquedas BLAST con secuencias canónicas de GTPasas, con el propósito de identificar proteínas no GTPasas con estructura 3D disponible. Posteriormente, procedimos a analizar las secuencias seleccionadas, mediante HCA y la superposición con estructuras de GTPasas de referencia. Los resultados obtenidos indican que, aunque la identidad de secuencia se encuentra en la zona crepuscular (twilight zone), i.e., por debajo de 25%, se pueden evidenciar algunas conservaciones de los motivos catalíticos. Sin embargo, las mutaciones que se han producido dieron lugar a nuevas funciones, mientras que el plegamiento global se mantiene. Finalmente, discutimos si aquellas proteínas no GTPasas se originaron presumiblemente de un ancestro común con un dominio G antiguo. En tal caso, proponemos como mecanismos evolutivos que vinculan a las GTPasas con las no GTPasas, la divergencia, la convergencia y la recombinación del DNA. Concluimos que el mecanismo evolutivo más probable que dio lugar a tales similaridades estructurales es la divergencia desde un dominio primordial de unión al GTP.

GTPases constitute a superclass of proteins with a common fold. Five specific G motifs located in loops are signatures of this superclass. Nevertheless, some proteins may share the fold of the small GTPases, although their functions are totally unrelated. To retrieve them, we specifically searched in the BLAST output listings for non-GTPases with available 3D structure, starting from a canonical GTPase sequence as a query. We then performed both a sequence analysis by means of HCA and a structural comparison with an established GTPase. It results that, although sequence identity is in the twilight zone, i.e. below 25%, one can evidence some conservations of the catalytic motifs. Nevertheless, mutations have occurred that produced a new function while the global fold is maintained. We discuss whether non-GTPases presumably originated from a common ancestor with an ancient G domain. The evolutionary mechanisms relating non-GTPases to GTPases that we can advance are sequence divergence, convergence, and DNA recombination. We conclude that the most probable evolutionary pathway leading to such structural similarities is that all the studied proteins must have evolved by sequence divergence from a primordial GTP-binding domain.