Uma corrida armamentista que se desenrola em um único genoma

Tecnologia científica

As corridas armamentistas biológicas são comuns na natureza. As chitas, por exemplo, desenvolveram uma forma de corpo elegante que se presta a corridas rápidas, permitindo-lhes banquetear-se com gazelas igualmente velozes, as mais rápidas das quais podem escapar da predação. No nível molecular, as células imunológicas produzem proteínas para conquistar patógenos, que podem, por sua vez, desenvolver mutações para evitar a detecção.

Embora menos conhecidos, outros jogos de superioridade se desenrolam dentro do genoma. Em um novo estudo, biólogos da Universidade da Pensilvânia mostram, pela primeira vez, evidências de uma corrida armamentista genômica bilateral envolvendo trechos de DNA repetitivo chamados satélites. "Opondo-se" aos satélites em rápida evolução na corrida armamentista estão as proteínas de rápida evolução que ligam esses satélites.

Embora o DNA satélite não codifique genes, ele pode contribuir para funções biológicas essenciais, como a formação de máquinas moleculares que processam e mantêm os cromossomos. Quando as repetições de satélite são reguladas incorretamente, podem ocorrer deficiências nesses processos cruciais. Tais interrupções são características de câncer e infertilidade.

Usando duas espécies intimamente relacionadas de moscas-das-frutas, os pesquisadores investigaram essa corrida armamentista introduzindo propositalmente uma incompatibilidade de espécies, colocando, por exemplo, o DNA satélite de uma espécie contra a proteína de ligação satélite da outra espécie. O resultado foram graves deficiências na fertilidade, ressaltando o delicado equilíbrio da evolução, mesmo no nível de um único genoma.

“Normalmente pensamos em nosso genoma como uma comunidade coesa de elementos que produzem ou regulam proteínas para construir um indivíduo fértil e viável”, diz Mia Levine, professora assistente de biologia na Penn's School of Arts & Sciences e autora sênior do trabalho. , publicado na revista Current Biology. “Isso evoca a ideia de uma colaboração entre nossos elementos genômicos, e isso é verdade.

"Mas alguns desses elementos, pensamos, na verdade nos prejudicam", diz ela. “Essa ideia inquietante sugere que é preciso haver um mecanismo para mantê-los sob controle”.

As descobertas dos pesquisadores, provavelmente também relevantes em humanos, sugerem que, quando o DNA satélite ocasionalmente escapa do gerenciamento de proteínas de ligação a satélites, podem ocorrer custos significativos para a aptidão, incluindo impactos nas vias moleculares necessárias para a fertilidade e talvez até mesmo aquelas relevantes no desenvolvimento de câncer.

“Essas descobertas indicam que há uma evolução antagônica entre esses elementos que podem afetar essas vias moleculares aparentemente conservadas e essenciais”, diz Cara Brand, pós-doutora no laboratório de Levine e primeira autora do trabalho. "Significa que, ao longo do tempo evolutivo, é necessária uma inovação constante para manter o status quo."

Há muito se sabe que o genoma não é composto apenas de genes. Entre os genes que dão origem às proteínas, pode-se encontrar longos trechos do que Levine chama de "gobbledygook".

"Se os genes são palavras e você lê a história do nosso genoma, essas outras partes são incoerentes", diz ela. "Por muito tempo, foi ignorado como lixo genômico."

O DNA satélite faz parte desse chamado "lixo". Em Drosophila melanogaster, a espécie de mosca-das-frutas frequentemente usada como organismo-modelo científico, as repetições de satélite constituem aproximadamente metade do genoma. Como eles evoluem tão rapidamente sem nenhuma consequência funcional aparente, no entanto, os cientistas costumavam acreditar que as repetições de satélites provavelmente não fariam nada de útil no corpo.

Mas um trabalho mais recente revisou essa teoria do "DNA lixo", revelando que o "gobbledygook", incluindo as repetições de satélite, desempenha uma variedade de papéis, muitos relacionados à manutenção da integridade e estrutura do genoma no núcleo.

"Portanto, isso apresenta um paradoxo", diz Levine. “Se essas regiões do genoma que são altamente repetitivas realmente fazem trabalhos importantes ou, se não forem gerenciadas adequadamente, podem ser prejudiciais, isso sugere que precisamos mantê-las sob controle”.

Em 2001, um grupo de cientistas apresentou uma teoria, sugerindo que a coevolução estava ocorrendo, com os satélites evoluindo rapidamente e as proteínas de ligação dos satélites evoluindo para acompanhar. Nas duas décadas seguintes, os cientistas ofereceram apoio à teoria. Com a manipulação genética, esses estudos introduziram uma proteína de ligação ao satélite de uma espécie no genoma de uma espécie intimamente relacionada e observaram o que acontece como resultado da incompatibilidade.