Notícias | Biólogos da Penn revelam pela primeira vez uma corrida armamentista genética de mão dupla entre o DNA repetitivo e as proteínas de ligação
Nas profundezas do código genético, um conflito molecular amplamente ignorado está se desenrolando. Uma equipe da Universidade da Pensilvânia relatou na Current Biology a primeira evidência experimental de que sequências genômicas repetitivas chamadas DNA satélite e as proteínas que se ligam a elas estão envolvidas em uma corrida armamentista evolutiva de mão dupla e contínua. A descoberta desafia as visões tradicionais sobre o chamado DNA lixo e pode oferecer novas explicações para problemas de saúde, incluindo câncer e infertilidade.
O estudo foi liderado por Mia Levine, professora adjunta de biologia na School of Arts & Sciences da Penn, com a pesquisadora de pós-doutorado Cara Brand como primeira autora.
Não é DNA lixo, mas uma possível fonte de perigo?
O DNA satélite não codifica proteínas e por muito tempo foi considerado ruído genômico ou um remanescente evolutivo. Levine observou que um conjunto crescente de evidências mostra que essas sequências repetitivas desempenham papéis importantes na estrutura dos cromossomos, na divisão celular e em outros processos essenciais. A perda de regulação pode causar consequências graves, incluindo instabilidade genômica, câncer e distúrbios reprodutivos.
“Geralmente vemos o genoma como um sistema cooperativo, no qual cada parte trabalha para sustentar a vida. Mas alguns elementos são egoístas: eles não cooperam e podem até desestabilizar todo o sistema”, disse Levine.
Experimento entre espécies revela danos reprodutivos causados por incompatibilidade
Para testar se o DNA satélite e as proteínas de ligação se equilibram durante a evolução, a equipe estudou duas moscas-das-frutas estreitamente relacionadas: Drosophila melanogaster e Drosophila simulans. A primeira tem uma enorme sequência de DNA satélite que se estende por 11 milhões de pares de bases, enquanto a segunda não a possui.
Usando CRISPR/Cas9, os cientistas transferiram para a Drosophila melanogaster o gene da Drosophila simulans que codifica a proteína de ligação ao DNA satélite MH (Maternal Haploid). As moscas modificadas ainda conseguiam produzir alguns embriões, mas seus ovários se desenvolviam mal, a produção de óvulos caiu acentuadamente e a fertilidade foi muito reduzida. Quando o gene MH estava completamente ausente, as moscas não conseguiam se reproduzir e os embriões morriam.
Fundamentalmente, quando a transferência gênica foi realizada em uma Drosophila melanogaster mutante sem a sequência de DNA satélite, todos os efeitos adversos desapareceram e o desenvolvimento ovariano voltou ao normal. Isso mostrou que o problema central era uma incompatibilidade entre MH e um DNA satélite desconhecido.
Mecanismo molecular identificado: via de reparo do DNA desregulada por engano
A equipe examinou a Spartan, equivalente humano da proteína MH. A Spartan degrada proteínas que obstruem o empacotamento do DNA, e a MH tem função semelhante. Quando a MH era incompatível com o DNA satélite da Drosophila melanogaster, ela pode ter degradado por engano a enzima essencial de reparo Topoisomerase II (Top2), causando danos ao DNA e disfunção reprodutiva.
O aumento genético da expressão de Top2 restaurou a fertilidade, enquanto a redução de Top2 agravou os danos. Isso confirmou que a interação entre MH e o DNA satélite envolve uma via de reparo do DNA.
“Esse mecanismo de reparo existe desde as leveduras até os seres humanos e é altamente conservado ao longo da evolução. No entanto, suas proteínas continuam evoluindo rapidamente, o que significa que até mesmo os mecanismos moleculares centrais se atualizam continuamente para manter sua função básica”, disse Brand.
Implicações além das moscas-das-frutas: o genoma humano pode enfrentar um conflito interno semelhante
“Essa competição evolutiva certamente não é exclusiva das moscas-das-frutas”, disse Levine. “Uma evolução rápida semelhante ocorre em humanos e primatas. Acreditamos que esses conflitos genéticos são muito importantes para a saúde humana.”
Mutações na Spartan estão associadas ao câncer, enquanto o DNA satélite desregulado pode causar erros na segregação cromossômica e aneuploidia embrionária, levando a abortos espontâneos e infertilidade. Levine observou que muitos abortos espontâneos continuam sem explicação e que o DNA satélite é uma fonte pouco explorada de instabilidade genômica.
A equipe investigará a seguir se outras regiões genômicas participam desse conflito oculto e tentará reproduzir mecanismos semelhantes em mamíferos.
Notícias | Biólogos da Penn revelam pela primeira vez uma disputa armamentista genética de mão dupla entre DNA repetitivo e proteínas de ligação
Notícias | Biólogos da Penn revelam pela primeira vez uma corrida armamentista genética de mão dupla entre o DNA repetitivo e as proteínas de ligação
Nas profundezas do código genético, um conflito molecular amplamente ignorado está se desenrolando. Uma equipe da Universidade da Pensilvânia relatou na Current Biology a primeira evidência experimental de que sequências genômicas repetitivas chamadas DNA satélite e as proteínas que se ligam a elas estão envolvidas em uma corrida armamentista evolutiva de mão dupla e contínua. A descoberta desafia as visões tradicionais sobre o chamado DNA lixo e pode oferecer novas explicações para problemas de saúde, incluindo câncer e infertilidade.
O estudo foi liderado por Mia Levine, professora adjunta de biologia na School of Arts & Sciences da Penn, com a pesquisadora de pós-doutorado Cara Brand como primeira autora.
Não é DNA lixo, mas uma possível fonte de perigo?
O DNA satélite não codifica proteínas e por muito tempo foi considerado ruído genômico ou um remanescente evolutivo. Levine observou que um conjunto crescente de evidências mostra que essas sequências repetitivas desempenham papéis importantes na estrutura dos cromossomos, na divisão celular e em outros processos essenciais. A perda de regulação pode causar consequências graves, incluindo instabilidade genômica, câncer e distúrbios reprodutivos.
“Geralmente vemos o genoma como um sistema cooperativo, no qual cada parte trabalha para sustentar a vida. Mas alguns elementos são egoístas: eles não cooperam e podem até desestabilizar todo o sistema”, disse Levine.
Experimento entre espécies revela danos reprodutivos causados por incompatibilidade
Para testar se o DNA satélite e as proteínas de ligação se equilibram durante a evolução, a equipe estudou duas moscas-das-frutas estreitamente relacionadas: Drosophila melanogaster e Drosophila simulans. A primeira tem uma enorme sequência de DNA satélite que se estende por 11 milhões de pares de bases, enquanto a segunda não a possui.
Usando CRISPR/Cas9, os cientistas transferiram para a Drosophila melanogaster o gene da Drosophila simulans que codifica a proteína de ligação ao DNA satélite MH (Maternal Haploid). As moscas modificadas ainda conseguiam produzir alguns embriões, mas seus ovários se desenvolviam mal, a produção de óvulos caiu acentuadamente e a fertilidade foi muito reduzida. Quando o gene MH estava completamente ausente, as moscas não conseguiam se reproduzir e os embriões morriam.
Fundamentalmente, quando a transferência gênica foi realizada em uma Drosophila melanogaster mutante sem a sequência de DNA satélite, todos os efeitos adversos desapareceram e o desenvolvimento ovariano voltou ao normal. Isso mostrou que o problema central era uma incompatibilidade entre MH e um DNA satélite desconhecido.
Mecanismo molecular identificado: via de reparo do DNA desregulada por engano
A equipe examinou a Spartan, equivalente humano da proteína MH. A Spartan degrada proteínas que obstruem o empacotamento do DNA, e a MH tem função semelhante. Quando a MH era incompatível com o DNA satélite da Drosophila melanogaster, ela pode ter degradado por engano a enzima essencial de reparo Topoisomerase II (Top2), causando danos ao DNA e disfunção reprodutiva.
O aumento genético da expressão de Top2 restaurou a fertilidade, enquanto a redução de Top2 agravou os danos. Isso confirmou que a interação entre MH e o DNA satélite envolve uma via de reparo do DNA.
“Esse mecanismo de reparo existe desde as leveduras até os seres humanos e é altamente conservado ao longo da evolução. No entanto, suas proteínas continuam evoluindo rapidamente, o que significa que até mesmo os mecanismos moleculares centrais se atualizam continuamente para manter sua função básica”, disse Brand.
Implicações além das moscas-das-frutas: o genoma humano pode enfrentar um conflito interno semelhante
“Essa competição evolutiva certamente não é exclusiva das moscas-das-frutas”, disse Levine. “Uma evolução rápida semelhante ocorre em humanos e primatas. Acreditamos que esses conflitos genéticos são muito importantes para a saúde humana.”
Mutações na Spartan estão associadas ao câncer, enquanto o DNA satélite desregulado pode causar erros na segregação cromossômica e aneuploidia embrionária, levando a abortos espontâneos e infertilidade. Levine observou que muitos abortos espontâneos continuam sem explicação e que o DNA satélite é uma fonte pouco explorada de instabilidade genômica.
A equipe investigará a seguir se outras regiões genômicas participam desse conflito oculto e tentará reproduzir mecanismos semelhantes em mamíferos.
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