Os centrômeros servem ao mesmo propósito básico em quase todas as formas de vida. Essas regiões do DNA garantem que os cromossomos se separem corretamente quando as células se dividem. Apesar deste papel comum, as estruturas dos centrômeros diferem significativamente. Embora alguns organismos tenham grandes extensões de DNA repetitivo, as leveduras usam versões minúsculas e simples chamadas centrômeros “pontuais”. Esta incrível diversidade, juntamente com o facto de os centrómeros evoluírem rapidamente, tem intrigado os cientistas durante décadas.
Uma equipe de pesquisa liderada por Andrea Musacchio, diretor do Instituto Max Planck de Fisiologia Molecular em Dortmund, e Jef Boeke da Escola de Medicina Grossman da NYU revelou agora a origem e a história evolutiva dos centrômeros de levedura. Os cientistas identificaram o que descrevem como o centrômero de “origem”, uma forma intermediária que conecta os minúsculos centrômeros de levedura de hoje aos seus ancestrais mais complexos. Essas primeiras versões continham fragmentos de DNA parasitário. A descoberta destaca um dos exemplos mais marcantes de mudança evolutiva ao nível do DNA.
paradoxo do centrômero
Os centrômeros são pontos específicos nos cromossomos onde a maquinaria celular se liga durante a divisão celular. Este mecanismo separa cada cromossomo para que as duas novas células-filhas recebam o material genético correto. Devido a esse papel, os centrômeros são essenciais para a segregação precisa dos cromossomos em todas as células em divisão, desde leveduras até humanos.
Embora a maquinaria celular responsável pela segregação dos cromossomos permaneça altamente conservada ao longo da evolução, o DNA encontrado nos centrômeros muda com uma rapidez surpreendente. Os cientistas chamam esse padrão intrigante de “paradoxo do centrômero”. A levedura é um dos exemplos mais marcantes deste fenómeno porque os seus centrómeros são invulgarmente pequenos e definidos com precisão. No novo estudo, investigadores do Instituto Max Planck e da Universidade de Nova Iorque revelam pela primeira vez uma explicação mecanicista de como estes centrómeros de levedura únicos evoluíram e determinaram a sua origem genética.
Uma descoberta importante na evolução das leveduras
O primeiro autor, Max Haase, explica as novas descobertas em detalhes na entrevista abaixo.
O que você encontrou?
Nosso artigo explica como uma característica cromossômica muito importante em S. cerevisiae – o centrômero – é formada. Nas leveduras, eles são extremamente pequenos e precisos – uma estranheza surpreendente na árvore da vida que tem intrigado os biólogos cromossômicos há décadas. Neste trabalho, mostramos possíveis estágios intermediários em sua evolução e traçamos a origem original do DNA desses centrômeros especializados.
Por que é tão emocionante?
Descobrimos centrômeros anteriormente desconhecidos em espécies de leveduras relacionadas que parecem ser um estágio intermediário entre os centrômeros grandes e ricos em repetições e os minúsculos centrômeros encontrados em S. cerevisiae. O DNA desses centrômeros está associado a uma classe de “genes saltadores” (segmentos móveis de DNA) chamados retrotransposons, sugerindo que esses elementos forneceram a matéria-prima para a remodelação evolutiva dos centrômeros de leveduras modernos. Isto fornece uma explicação genética específica de como a levedura desenvolve esse tipo incomum de centrômero.
Por que sua descoberta é importante para a comunidade científica?
O centrômero de levedura foi o primeiro centrômero a ter sua sequência funcional de DNA isolada e estudada em detalhes, começando com o trabalho de Clarke e Carbon no início dos anos 1980, mas como um centrômero tão pequeno e definido com precisão evoluiu permanece um mistério. Ao mostrar como um centrômero pode ser reconstruído a partir de outro, nosso trabalho resolve esse problema de longa data e mostra como segmentos de DNA “egoístas” ou parasitas podem ser domesticados e convertidos no DNA do qual as células agora dependem para organizar seus cromossomos. Isso fornece um exemplo concreto de como as partes centrais dos cromossomos podem ser radicalmente reorganizadas durante a evolução, reaproveitando o DNA que antes parecia “lixo” genômico.
Que passos você dará a seguir?
A seguir, queríamos entender como os centrômeros (a maquinaria proteica que reconhece os centrômeros) se adaptaram a mudanças tão dramáticas no DNA centromérico durante a evolução. Como parte disso, estamos abordando a questão pendente de como os centrômeros montam os cinetocoros. Também estamos procurando outros exemplos de transposons sendo reaproveitados para construir estruturas cromossômicas, como centrômeros, para entender o quão comum é esse tipo de inovação genômica.
