Evolución molecular convergente de la mioglobina en aves que experimentan condiciones de hipoxia

Abstract

La mioglobina, representa una proteína monomérica que es expresada principalmente en el corazón y los músculos esqueléticos de los vertebrados mandibulados. Ésta regula la tensión local de oxígeno molecular y también actúa como enzima, catalizando la dioxigenación del monóxido de nitrógeno, la oxidación del sulfuro de dihidrógeno, entre otras reacciones. Aunque constituye una proteína altamente conservada, se han observado en múltiples ocasiones grupos que han experimentado presiones selectivas positivas durante eventos de radiación, fijando sustituciones con claras consecuencias funcionales que representan adaptaciones moleculares. Esta adaptación se ha observado en algunos mamíferos alpinos, representando un mecanismo que les permite resistir la hipoxia hipobárica. Después de reconstruir la estructura de la mioglobinaen489 especies de aves y examinar su evoluciónjunto a sus propiedades fisicoquímicas en 224 especies de aves (38/41 Órdenes de aves), evaluando las consecuencias estructurales y funcionales de las sustituciones asociadas a los estilos de vida que experimentan condiciones de hipoxia, se encontró la evolución independiente de una elevada carga neta de esta proteína en cormoranes y cotúas (Phalacrocoracidae y Anhingidae),álcidos (Alcidae), zambullidores (Gaviiformes) y pingüinos (Spheniscidae).Estos últimos resaltan por presentar un elevado número de cisteínas y las cargas más elevadas de todos los amniotas, lo que concuerda con las concentraciones musculares reportadas. Además, se pudo identificar varios paralelismos entre estas aves y mamíferos acuáticos sujetos a unas presiones selectivas positivas y relacionadas a un aumento en la carga, mayor estabilidad, y un incremento del tamaño de los bolsillos internos de esta proteína. De forma similar se encontraron paralelismos que emergieron entre grupos de aves con cargas elevadas, sugiriendo una fuerte restricción en la evolución de esta propiedad. Por otro lado, la hipoxia hipobárica no está asociada a una mayor carga neta positiva en aves migratorias de largas distancias y resisten a ésta por medio de otros mecanismos. E identificamos a la glucosa-6fosfato y el lactato como posible moduladores de la Mb en aves.