Em Alice Através do Espelho, de Lewis Carroll, Alice corre indefinidamente com a Rainha Vermelha, mas nunca avança. “Você precisa correr o máximo que puder para permanecer no mesmo lugar”, explica a rainha.
Esta ideia tem sido usada há muito tempo para descrever impasses evolutivos entre espécies, como hospedeiros versus parasitas ou patógenos que os atacam. Mas também se aplica mais perto de casa. “Embora muitas vezes utilizemos esta metáfora para descrever a corrida armamentista evolutiva entre hospedeiro e parasita ou hospedeiro e patógeno, a ‘hipótese da Rainha Vermelha’ também descreve a batalha que está acontecendo dentro de nossos genomas”, disse Mia Levine, bióloga da Universidade da Pensilvânia.
Quando o DNA se trai
Nem todo DNA funciona silenciosamente em benefício da célula. Levine explicou que algumas sequências se mostraram muito egoístas. Os elementos genéticos móveis podem copiar-se ou cortar-se a partir de um local e inserir-se noutro, por vezes danificando genes ou outros trechos críticos do ADN no processo. As células desenvolveram defesas moleculares para combater estes elementos, utilizando sistemas que os detectam, desligam ou bloqueiam fisicamente o seu movimento.
Este conflito interno em curso deu origem a um mistério de longa data. Como é que alguns dos processos mais importantes e fiáveis da vida dependem de proteínas que devem mudar rapidamente para acompanhar as ameaças genéticas?
Telômeros e seus protetores de deformação
Levine e seus colegas decidiram responder a essa pergunta estudando moscas-das-frutas. Drosophila melanogaster. Eles se concentraram nos genes envolvidos na construção dos telômeros, as capas protetoras nas extremidades dos cromossomos que Levin comparou às pontas de plástico dos cadarços.
Suas descobertas foram publicadas em ciênciamostrando que embora o papel destas proteínas permaneça o mesmo, protegendo as extremidades dos cromossomas, as próprias proteínas evoluem para se defenderem contra o ADN egoísta.
As extremidades dos cromossomos devem ser evitadas de se unirem, um mau funcionamento que pode desencadear instabilidade genética, problemas de fertilidade e até morte de células ou organismos. Para evitar que isso aconteça, seis proteínas se unem para formar um complexo de proteção final que se liga ao DNA telomérico.
Evolução rápida de proteínas essenciais
Destas seis proteínas, duas se destacam. A proteína HipHop e seu parceiro HOAP evoluem muito mais rápido que outras proteínas, mas ambas são necessárias para a proteção dos telômeros.
“Pela primeira vez, vemos a fascinante biologia fielmente conservada por um importante complexo multiproteico cujas subunidades estão sujeitas a forte pressão evolutiva para mudar”, disse Levine.
Para entender se essas proteínas devem ter evoluído juntas ou (co-evoluídas), a equipe usou ferramentas de edição genética para substituir a proteína HipHop Drosophila melanogaster com versões de espécies intimamente relacionadas, D. Elogio.
Os resultados são dramáticos. quando as moscas desovam D. Elogio Eles não sobreviveram por causa da versão HipHop e não por sua própria versão. Suas células mostraram extensa fusão das extremidades dos cromossomos.
Seis aminoácidos desempenham um papel
Os pesquisadores então reverteram algumas das mudanças. Ao converter apenas seis aminoácidos evoluídos adaptativamente (os blocos de construção das proteínas) em D. Elogio hip-hop de volta Drosophila melanogaster versão ou adicionando D. Elogio do HOAP, eles foram capazes de restaurar o recrutamento adequado de proteínas, proteger os telômeros e manter as moscas vivas.
Levine explicou que à medida que o HOAP fazia mudanças para suprimir ameaças genéticas internas, o HipHop foi forçado a se adaptar junto com ele para manter a parceria.
Exatamente como o DNA egoísta interfere nessas proteínas ainda não está claro. “Mas assinaturas evolutivas semelhantes em primatas sugerem que este tipo de evolução compensatória pode ser comum, e estudá-la poderia lançar luz sobre como os genomas retêm funções antigas enquanto se adaptam às ameaças em mudança”, disse Levine.
Equipe de pesquisa e suporte
Mia T. Levine é professora associada do Departamento de Biologia da Faculdade de Artes e Ciências da Universidade da Pensilvânia. Outros autores incluem Briana N. Cruga, Hannah Futeran, Andrew Santiago-Frangos e Sung-Ya Lin da Penn’s College of Arts and Sciences.
Esta pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde (concessões R35GM124684 e R00GM147842).
