Una proteïna moonlighting és una biomolècula multifuncional que pot realitzar més d'una funció diferenciada i addicional a nivell bioquímic, biofísic i fisiològic. Seguint aquesta conceptualització, s'han identificat fins a 515 d'aquestes biomolècules, recollides i centralitzades a la base de dades "Moonprot". Sobre això, cal destacar que arran la diversitat de funcions, la pluralitat de mètodes per passar d'una funció a l'altra, les múltiples maneres d'evolucionar cap a noves funcions i les formes en que beneficia els organismes, és possible que hi hagi moltes més proteïnes i enzims moonlighting. Amb l'objectiu de completar aquesta definició, cal prendre en compte cuatre factors: En primer lloc, i malgrat la diversitat de proteïnes moonlighting, la literatura mostra una tendència a emprar de forma indiferenciada els termes “proteïna moonlighting” i “enzim moonlighting”, ja que dues terceres parts de les proteïnes moonlighting són enzims. Al present article, parlarem tant de proteïnes com d'enzims, però ens centrarem en aquesta segona categoria. En segon lloc, les proteïnes i enzims moonlighting es poden expressar en múltiples localitzacions cel.lulars (la membrana, el citoplasma, els nuclèols, etc.) i en cèl·lules de diferent tipologia i especialització. Això és: La mateixa proteïna o enzim pot desenvolupar funcions diferenciades i afegides en funció de la seva localització dins o fora de la cèl·lula. En tercer lloc, l'estructura de la proteïna (monomèrica o oligomèrica) i la concentració del substrat específic també poden influir en les seves funcions bioquímiques, biofísiques i fisiològiques. En quart lloc, les proteïnes moonlighting tenen la capacitat de realitzar múltiples funcions sense necessitar dominis independents. La seva capacitat funcional depèn més d'una flexibilitat estructural intrínseca on una mateixa regió o domini pot participar en diverses funcions segons el context en què es troba. En aquest sentit, la desestructuració intrínseca de les proteïnes i enzims moonlighting juga un rol clau. I, finalment, les proteïnes i els enzims moonlighting es troben en una gran diversitat d'espècies: S'han identificat en arqueus (Methanocaldococcus jannaschii, Sulfolobus tokodaii, Thermoplasma acidophilum, etc.), bacteris patògens (Clostridium difficile, Helicobacter pylori, P. aeruginosa, Staphylococcus, etc.), bacteris no patògens (Bifidobacterium), organismes eucariotes (mamífers, aus, rèptils, amfibis, peixos, insectes, plantes, fongs i protozous) i virus. Aquesta concurrència suggereix que la realització de múltiples funcions per part d'un polipèptid pot ser beneficiós per les cèl·lules i els organismes.
Dita definició, si bé recull els trets fonamentals de les proteïnes moonlighting, no aconsegueix establir clarament quin tipus de proteïna entra dins la categoría de moonlighting i quina no. Aquesta dificultat ve donada pel fet que les proteïnes i enzims moonlighting obliguen a reformular el límit entre les proteïnes amb funció catalítica (enzims) i les proteïnes sense funció catalítica (proteïnes estructurals, de transducció de senyals, de regulació, etc.). Així, es dedicarà el present paràgraf a establir quins factors vinculats a la simultaneïtat de funcions no s'inclouen a la categoría. En primer lloc, la fusió gènica. Hi ha proteïnes que, malgrat desenvolupen múltiples funcions, aquestes no són addicionals i diferenciades. En aquests casos, la capacitat de realitzar més d'una tasca catalítica es deu a la fusió de dos gens que codifiquen enzims. Per exemple: Les proteïnes de bastida. En segon lloc, la catàlisi de múltiples pasos en un mateix pathway metabòlic. Les proteïnes de bastida també són un exemple d'aquest factor: Dites biomolècules connecten i organitzen diverses proteïnes, però es considera que aquestes dues tasques formen part d'una mateixa funció biofísica. En tercer lloc, un empalmament alternatiu de l’RNA que genera proteïnes isoformes. Per exemple: La fibronectina. La isoforma del plasma sanguini participa en la coagulació i la isoforma de la matriu extracel·lular participa de l'adhesió cel·lular i la cicatrització. No es considera moonlighting perquè aquestes funcions es deriven de les diferents isoformes generades per empalmament alternatiu. En quart lloc, la promiscuïtat enzimàtica. Per exemple: L'enzim alcohol deshidrogenasa (ADH). Aquest enzim catalitza l'oxidació de múltiples substrats però no es considera un enzim moonlighting perquè no realitza funcions addicionals i diferenciades, sino que les desenvolupa amb diferents substrats. En cinquè lloc, les modificacions post-traduccionals. Per exemple: La proteïna p53 pot desenvolupar diverses funcions, però aquesta pluralitat de funcions és regulada per modificacions post-traduccionals com la fosforilació, acetilació o ubiqüitinació. I, finalment, casos en que les funcions enzimàtiques es troben dins dominis de plegament independent als terminals N i C de la proteïna amb una seqüència d'enllaç que els separa. Per exemple: La proteïna PMI-GMP al bacteri Pseudomonas aeruginosa, conté una guanosina N-terminal 5-difosfo-domini D-manosa pirofosforilasa (GMP) i un domini C-domini de la fosfomanosa isomerasa (PMI) terminal que són connectat per un segment d'enllaç.
Història i descobriment L'any 1982, Thomas Ingolia i Elisabeth Craig (Wisconsin-Madison) informen la seqüència de DNA de quatre proteïnes de xoc tèrmic en el gènere Drosòfila de mosques; HSP22, 23, 26 i 27. Realitzant una comparació, els sorprèn la similitud amb les proteïnes α-cristal·lina de mamífers, la qual es troba present a la lent ocular dels vertebrats, com ja s'ha esmentat.
Una nova hipòtesi apareix quan troben aquesta mateixa proteïna en altres teixits diferents de la lent i mitjançant estudis observen que presenta activitat enzimàtica, el que els anima a pensar que exercia aquesta funció d'enzim en altres teixits.
Com a conclusió, extreuen que una mateixa proteïna, expressada pel mateix gen, pot desenvolupar dues funcions depenent del context en el qual es troba i en la quantitat en la que s'expressa.
L'any 1988, l'investigador Joram Piatigorsky anomena a aquest fenomen gene sharing, descrivint el que s'ha estat parlant fins ara, com una mateixa proteïna, codificada pel mateix gen, pot desenvolupar més d'una funció a l'organisme.
Gairebé 10 anys més tard, Constance Jeffery introdueix el terme moonlighting per parlar d'aquest tipus de proteïnes. I a més, delimita el concepte, excloent proteïnes que realitzen diferents funcions a causa de modificacions en la seva estructura.
No només Constance Jeffery ha contribuit significativament a l'estudi de les proteïnes ''moonlighting''. Per exemple, Enric Querol i el seu equip de la Universitat Autònoma de Barcelona han desenvolupat bases de dades com MultitaskProtDB, per realitzar un catàleg i anàlisi d'aquestes proteïnes. A més, la seva tesi relaciona les proteïnes amb malalties i aplicacions biomèdiques.
Funcions miniatura|Representació pròpia de les diverses funcions que pot realitzar la fosfoglucosa isomerasa, el segon enzim de la glucòlisi, responsable de catalitzar la interconversió entre glucosa-6-fosfat i fructosa-6-fosfat. Aquesta proteïna també actua com a factor de motilitat autocrí, neuroleucina i mediador de diferenciació i maduració. Aquest enzim amb funció moonlighting s'uneix a un receptor de la superfície cel·lular, causant la diferenciació de cèl·lules leucèmiques i augmentant la motilitat de les cèl·lules tumorals. L'existència dels enzims moonlight, descarta la idea de que un sol gen pugui codificar una mateixa proteïna i, per tant, que efectuï una funció tal com s'ha dit anteriorment. És per aquesta raó que és de gran interès entendre el funcionament i les funcions que desenvolupen. D'aquesta manera, es dedica el present paragraf a desenvolupar diferents aspectes de la funcionalitat de les proteïnes i enzims moonlighting.
Funció canònica i funcions moonlighting: A aquest tipus de proteïnes i enzims se'ls hi atribueix una primera funció, considerada la canònica, i una segona funció (o diverses), coneguda com a moonlighting. Malgrat aquesta classificació respon a un ordre històric i no té rellevància funcional intrínseca, segueix sent emprada a la literatura. miniatura|(Fig.2) Esquema propi dels exemples de mètodes per a una proteïna moonlighting per canviar entre funcions. a) Una mateixa proteïna pot assumir funcions diferents segons la seva localització dins la cèl·lula (com quan està unida a l'ADN o es troba al citoplasma). (b) Algunes proteïnes exerceixen funcions catalítiques dins de la cèl·lula, però, quan són secretades, actuen com a factors de creixement. (c) Hi ha proteïnes que tenen activitat catalítica quan es troben en forma monomèrica, però funcionen com a subunitats reguladores no catalítiques quan formen part d'un complex. (d) Algunes proteïnes desenvolupen una funció quan són monòmers i una altra diferent quan s'agrupen en oligòmers. (e) Certes proteïnes alteren la seva funció en unir-se a cofactors, productes o altres lligands. (f) Alguns enzims o receptors presenten llocs d'unió específics per a substrats diferents.Simultaneïtat de funcions: La inactivació d'una funció no ha d'afectar l'altra. Tanmateix, un patró d'expressió específic, necessari per a una de les funcions, pot no ser òptim per a l'altra. Alhora, certes mutacions poden augmentar l'eficàcia d'una funció mentre comprometen l'eficiència de la segona. En aquests casos, la literatura assenyala com avantatjós delegar la funció original i la funció moonlighting en gens separats mitjançant un procés de duplicació gènica. Per exemple: L'enzim argininosuccinat liassa, que és la quarta del cicle de la urea, és en ànecs i estruços. Aquesta actúa a la vegada com a cristal·lina en el cristal·lí de l'ull, convertint-se així en una proteïna moonlighting. En els pollastres, però, aquestes dues funcions es distribueixen entre dues proteïnes molt semblants. Una d'elles, es troba enzimàticament inactiva, té una funció estructural com a cristal·lina en el cristal·lí, mentre que l'altra és l'enzima activa que participa en el cicle de la urea. Això fa que, a diferència dels ànecs i estruços, els pollastres necessitin de dos gens per complir la funció de l'enzim original. Canvi entre funcions: El canvi funcional de les proteïnes moonlighting es vincula a factors que, si bé s'han assenyalat anteriorment, es vinculen a aquest aspecte. Són els següents: La localització cel·lular, el tipus de cèl·lula, l'estat oligomèric i la concentració d'un lligand, substrat, cofactor o producte (Fig. 2). Aquests mecanismes no són mútuament excloents i, en alguns casos, és una combinació de factors el que determina la funció de la proteïna. Proteïnes moonlighting neomòrfiques: Aquestes proteïnes i enzims moonlighting desenvolupen noves funcions arran de mutacions en el seu codi genètic o en la seva estructura. És a dir: Són proteïnes moonlighting que han desenvolupat més funcions arran de mutacions i canvis estructurals.
Exemples