Uma guerra genética oculta está se desenrolando dentro do seu DNA

Essa ideia tem sido usada há muito tempo para descrever impasses evolutivos entre espécies, como os hospedeiros e os parasitas ou patógenos que os atacam. Mas também se aplica muito mais perto de casa. “Embora normalmente usemos esta metáfora para descrever corridas armamentistas evolutivas entre hospedeiros e parasitas ou hospedeiros e patógenos, a ‘Hipótese da Rainha Vermelha’ também caracteriza as batalhas em curso dentro do nosso genoma”, diz Mia Levine, bióloga da Universidade da Pensilvânia.

Quando o DNA se volta contra si mesmo

Nem todo DNA funciona silenciosamente para o benefício da célula. Algumas sequências se comportam de maneira egoísta, explica Levine. Os elementos genéticos móveis podem copiar-se ou recortar-se 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 constante conflito interno levanta um mistério de longa data. Como podem alguns dos processos mais essenciais e fiáveis ​​da vida depender de proteínas que devem mudar rapidamente para acompanhar as ameaças genéticas?

Telômeros e seus protetores que mudam de forma

Levine e seus colegas decidiram responder a essa pergunta estudando moscas-das-frutas conhecidas como Drosophila melanogaster. Eles se concentraram nos genes envolvidos na construção dos telômeros, as capas protetoras nas extremidades dos cromossomos que Levine compara às pontas de plástico dos cadarços.

Seus resultados, publicados em Ciênciamostram que embora o papel destas proteínas permaneça o mesmo, protegendo as extremidades dos cromossomas, as próprias proteínas estão em constante evolução para se defenderem contra o ADN egoísta.

As extremidades dos cromossomos devem ser protegidas contra a colagem, uma falha que pode desencadear instabilidade genética, problemas de fertilidade e até mesmo a morte de células ou organismos. Para evitar isso, seis proteínas se unem para formar um complexo de proteção final que se liga ao DNA telomérico.

Evolução Rápida em Proteínas Essenciais

Dentre essas seis proteínas, duas se destacam. A proteína HipHop e seu parceiro HOAP evoluem muito mais rapidamente que os outros, mas ambos são absolutamente necessários para a proteção dos telômeros.

“Oferecemos um primeiro vislumbre da biologia fascinante fielmente preservada por um complexo multiproteico essencial cujas subunidades estão sob forte pressão evolutiva para mudar”, diz Levine.

Para ver se essas proteínas devem evoluir juntas ou (coevoluir), a equipe usou ferramentas de edição genética para substituir a proteína HipHop em D. melanogaster com a versão de uma espécie intimamente relacionada, D. elogio.

O resultado foi dramático. Quando as moscas produziram o D. elogio versão do HipHop em vez da sua própria, eles não sobreviveram. Suas células mostraram extremidades cromossômicas generalizadas se fundindo.

Seis aminoácidos fazem a diferença

Os pesquisadores então reverteram parte da mudança. Ao trocar apenas seis aminoácidos em evolução adaptativa – os blocos de construção das proteínas – em D. elogio HipHop de volta ao D. melanogaster versão ou adicionando o D. elogio forma de HOAP, eles foram capazes de restaurar o recrutamento adequado de proteínas, proteger os telômeros e manter as moscas vivas.

Levine explica que à medida que o HOAP muda para suprimir ameaças genéticas internas, o HipHop é 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 generalizada e estudá-la poderia esclarecer como os genomas retêm funções antigas enquanto se adaptam a ameaças em constante mudança”, diz Levine.

Equipe de pesquisa e suporte

Mia T. Levine é professora associada do Departamento de Biologia da Escola de Artes e Ciências da Universidade da Pensilvânia. Autores adicionais incluem Briana N. Cruga, Hannah Futeran, Andrew Santiago-Frangos e Sung-Ya Lin da Penn Arts & Sciences.

Esta pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde (Concessões R35GM124684 e R00GM147842.)