Mecanismos de preservación de tejidos blandos y proteínas en Tyrannosaurus rex

La noción existente de que las arquitecturas de tejidos blandos y las proteínas nativas se pueden preservar a lo largo del tiempo geológico es controvertida, ya que los métodos de conservación aún deben investigarse y definirse bien. En un nuevo estudio, Elizabeth M. Boatman y sus colegas de los departamentos de Ingeniería, Paleontología, Ciencias Biológicas, Materiales e Ingeniería y la Fuente de Luz Avanzada en los Estados Unidos, probaron mecanismos de reticulación para la arquitectura de tejidos preservados. Utilizaron dos mecanismos de proteínas estructurales no enzimáticos, la química de Fenton y la glicación para demostrar sus posibles contribuciones a la preservación de las estructuras de los vasos sanguíneos recuperadas del hueso cortical de Tyrannosaurus rex (T. rex; USNM 555 000, anteriormente MOR 555). Demostraron la endogeneidad (aleatoriedad) de los tejidos de los vasos fósiles y la presencia de colágeno tipo I en las capas más externas de los vasos mediante imágenes, difracción, espectroscopia e inmunohistoquímica.

Obtuvieron datos de estudios de infrarrojo por transformada de Fourier sincrotrón (SR-FTIR) en el T. recipientes rex para analizar su carácter de reticulación y compararlos con muestras de pollo de control tratadas de manera similar con las dos técnicas. Los investigadores proporcionaron análisis de microsondas de rayos X del estado químico de los tejidos fósiles para apoyar la preservación de los vasos del T. rex, según se observó utilizando los métodos de investigación. Boatman et al. proponer que los enlaces cruzados estabilizadores de tejidos observados desempeñen un papel importante para preservar tejidos microvasculares adicionales en elementos esqueléticos de la era mesozoica. El trabajo se publica ahora en Informes Científicos.

Los paleontólogos han recuperado estructuras huecas, flexibles y transparentes en forma de vaso de elementos esqueléticos de vertebrados fósiles, incluidos dinosaurios no aviares, y han aplicado muchas técnicas para identificar sus proteínas endógenas, como el colágeno y la elastina. Los investigadores habían utilizado la secuenciación por espectroscopia de masas para identificar vasos aislados recuperados de dinosaurios no aviares para apoyar la presencia de proteínas vasculares específicas de vertebrados en el pasado. Por ejemplo, documentaron el patrón de bandas de 67 nanómetros característico del colágeno tipo I después de liberar la proteína a través de la desmineralización, seguido de estudios adicionales para verificar la presencia de colágeno tipo I en los canales vasculares de una costilla de dinosaurio saurópodo de hace aproximadamente 190 millones de años utilizando análisis FTIR y Raman. Si bien los equipos de investigación habían desarrollado una variedad de métodos para explicar la preservación inesperada, las pruebas experimentales de los mecanismos propuestos aún no se han llevado a cabo de manera rutinaria y amplia.

En el presente trabajo, Boatman et al. identificó y probó la posible contribución de un conjunto de experimentos para preservar la arquitectura en forma de vaso del hueso compacto de un fósil de Tiranosaurio rex. Esperan que el trabajo siente una posible base para estudios adicionales sobre la preservación de tejidos blandos recuperados del Mesozoico o fósiles más recientes. Las paredes de los vasos sanguíneos de los vertebrados contienen tres capas distintas que incluyen la túnica íntima( más interna), la túnica media y la túnica externa (capa más externa). Debido a sus composiciones moleculares únicas, los científicos pueden diferenciar los componentes morfológica y químicamente. Por ejemplo, la elastina es una proteína helicoidal específica de los vertebrados que ofrece resistencia a los cambios de presión en las paredes vasculares. El colágeno también es específico de los vertebrados y constituye una fracción predominante de los vasos sanguíneos para servir como base estructural. Dado que la elastina y el colágeno contienen características distintivas identificables en la estructura y composición molecular, Boatman et al. propuso estudiar las dos proteínas dentro de los recipientes de dinosaurios remanentes.

El equipo de investigación planteó la hipótesis de la contribución de los procesos diagenéticos (físicos y químicos) tempranos a la supervivencia de T. microvasculatura rex de tiempo profundo. Para probar esto, Boatman et al. primero se realizó un análisis de SR-FTIR para comprender el carácter de reticulación en su muestra de control de proteína de colágeno de pollo tipo I. Indujeron enlaces cruzados en la proteína utilizando reactivo de Fenton o técnicas de glicación catalizada por iones, seguidas por el uso de SR-FTIR de transmisión para probar cada tejido. Observaron que los enlaces cruzados intramoleculares formados en los tejidos de pollo eran inmaduros debido a su falta de exposición a las vías necesarias para formar enlaces cruzados intermoleculares o productos finales de glicación avanzada (AGEs).

Para probar la arquitectura de vasos T. rex en busca de proteínas endógenas, los científicos liberaron tres tipos de vasos de un hueso cortical T. rex desmineralizado. Luego utilizaron microscopía de luz visible (VLM) para caracterizarlos como:

1. Redes extensivas flexibles de color marrón
2. Estructuras opacas fragmentadas
3. Estructuras semitransparentes fragmentadas

Acoplaron espectroscopia de rayos X de dispersión de energía (EDS) con microscopía electrónica de barrido (SEM), así como espectroscopia de fluorescencia de rayos X micro focalizada (µXRF) para confirmar las diferencias observadas en las muestras de tejido de composición variable. El equipo se centró en las redes de vasos flexibles debido a su similitud con el tejido óseo existente, que presumiblemente mantuvo una alteración mínima.

Cuando Boatman et al. estudiaron los vasos flexibles de T. rex usando SEM, observaron estructuras fibrosas a través de su superficie más externa. Las características combinadas fueron consistentes con las observadas en los vasos existentes liberados del hueso cortical y con colágeno fibrilar. El equipo analizó el espectro SR-FTIR de los vasos T. rex para detectar las bandas dominantes observadas en los tejidos existentes y antiguos tratados. En particular, la banda de amida I para el tejido de dinosaurio se localizó en una estructura de hélice α predominante consistente con colágeno fibrilar maduro (reticulado). El equipo de investigación realizó estudios de inmunohistoquímica (IHC) para identificar epítopos específicos de proteínas de las proteínas estructurales elastina y colágeno tipo I.

Los científicos levantaron anticuerpos contra todos los componentes de la vasculatura existente para observar la unión positiva en las paredes de los vasos de los dinosaurios. Usando un filtro fluorescente, capturaron la localización y distribución de complejos de antígeno-anticuerpo (fluorescencia verde). La respuesta de los vasos de dinosaurios a los anticuerpos de actina apareció como una capa delgada y uniformemente distribuida. Los anticuerpos levantados contra la proteína muscular tropomiosina aparecieron con mayor intensidad en las paredes de los vasos. Los vasos de dinosaurio también indicaron la presencia de anticuerpos de colágeno tipo I, aunque los anticuerpos de elastina mostraron una mayor intensidad. Las dos proteínas fueron buenos blancos para los estudios de fósiles debido a la alta conservación evolutiva en ciertas regiones. No observaron reactividad de los vasos de dinosaurios a los anticuerpos contra los peptidoglicanos bacterianos (lo que indica que no hay contaminación microbiana).

Boatman et al. prueba T. estructuras de vasos rex para comprender si la reticulación estructural de proteínas post mortem mejoró su resistencia a la degradación o a las alteraciones diagenéticas. Para ello, se centraron en el colágeno fibrilar utilizando espectros de transmisión SR-FTIR para sugerir el reticulado post mortem durante el proceso de preservación de la arquitectura tisular. Estas características espectrales se registraron previamente, pero no se discutieron con los sauropodomorfos del Jurásico temprano y los huesos del cretácico. A continuación, los científicos trataron a bulk T. tejido rex con borohidruro de sodio (NaBH4) para reducir los grupos carbonilos dentro de enlaces cruzados inmaduros y aumentar la intensidad de absorción de carbonilo no peptídico. Las bandas de absorción de carbohidratos en el tejido T. rex fueron consistentes con las edades (productos finales de glicación avanzada). Después del tratamiento, los datos sugirieron que los tejidos T. rex poseían tipos de reticulación intramolecular e intermolecular.

Cuando los científicos mapearon los elementos en el tejido usando µXRF, revelaron que el hierro (Fe) era el único metal concentrado dentro de los tejidos de los vasos de los dinosaurios mientras registraban el bario (Ba) dentro de los moldes semitransparentes de los vasos. Usando microscopía de estructura de borde cercano de absorción de micro rayos X extendida, observaron Fe3 + incrustado en las paredes del vaso. Los investigadores mostraron la presencia de goetita finamente cristalina (α-FeO (OH)); un mineral detectado previamente en tejidos vasculares recuperados de dos especímenes de dinosaurios diversos.

De esta manera, Elizabeth M. Boatman y sus colegas demostraron la presencia de proteínas endógenas de especies de vertebrados dentro de las estructuras de tejido blando de los dinosaurios. Esto incluyó la presencia de colágeno tipo I consistente con la vasculatura en vertebrados existentes. Los datos respaldaron un mecanismo de dos pasos que estabilizó las biomoléculas y la arquitectura de los vasos después de la muerte del organismo, para promover su preservación dentro de los elementos esqueléticos. El equipo planteó la hipótesis de que las vías de Fenton y glicación mediadas por hierro podrían haber contribuido a la mejora de la T. longevidad del tejido rex de elastina y colágeno fibrilar dentro y alrededor de los vasos sanguíneos. Ambos procesos podrían ser catalizados por especies de metales de transición como el hierro para definir el papel central del Fe observado en la reticulación estructural de proteínas. La formación de precipitados de oxihidróxido de hierro en el trabajo respaldó plenamente esta idea.

Los datos representan la primera caracterización química y molecular integral de tejidos vasculares recuperados del espécimen de T. rex USNM 555000. Los resultados arrojan luz sobre los posibles procesos de fosilización a nivel molecular. Los investigadores prevén que las técnicas demostradas contribuirán al desarrollo de mecanismos integrales para retener consistentemente la supervivencia del tejido vascular desde el tiempo profundo.