Cientistas finalmente resolvem o mistério dos minúsculos centrômeros da levedura
Os centrômeros servem ao mesmo propósito fundamental em quase todas as formas de vida. Essas regiões do DNA garantem que os cromossomos sejam separados adequadamente quando as células se dividem. Apesar deste papel partilhado, os centrómeros variam dramaticamente na sua estrutura. Alguns organismos têm grandes extensões de DNA repetitivo, enquanto a levedura usa versões extremamente pequenas e simples, conhecidas como centrômeros “pontuais”. Esta impressionante diversidade, combinada 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, juntamente com Jef Boeke da Escola de Medicina Grossmann da NYU, descobriu agora a origem e a história evolutiva dos centrômeros de levedura. Os cientistas identificaram o que descrevem como um centrômero “protoponto”, uma forma intermediária que conecta os minúsculos centrômeros de levedura de hoje aos seus ancestrais mais complexos. Essas versões anteriores continham fragmentos de DNA parasitário. A descoberta destaca um dos exemplos mais dramáticos de mudança evolutiva ao nível do DNA.
O paradoxo do centrômero
Os centrômeros são os locais específicos nos cromossomos onde a maquinaria celular se liga durante a divisão celular. Essa maquinaria 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 tenha permanecido 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 fornece um dos exemplos mais marcantes deste fenómeno porque os seus centrómeros são invulgarmente pequenos e definidos com precisão. No novo estudo, pesquisadores do Instituto Max Planck e da NYU descobriram a primeira explicação mecanicista de como esses centrômeros de levedura distintos evoluíram e identificaram suas origens genéticas.
Uma descoberta importante na evolução da levedura
O primeiro autor, Max Haase, explica as novas descobertas em detalhes na entrevista a seguir.
Qual foi a descoberta que você fez?
Nosso artigo explica como surgiu uma característica cromossômica muito importante – o centrômero – na levedura de cerveja. Nas leveduras, eles são extremamente pequenos e precisos – uma singularidade impressionante na árvore da vida que tem intrigado os biólogos cromossômicos há décadas. Neste trabalho, mostramos um provável estágio intermediário em sua evolução e rastreamos de onde veio originalmente o DNA desses centrômeros especiais.
Por que é tão emocionante?
Encontramos centrômeros anteriormente desconhecidos em espécies de leveduras relacionadas que parecem estágios intermediários entre centrômeros grandes e ricos em repetições e os minúsculos na levedura de cerveja. O DNA nesses centrômeros está relacionado a uma classe de “genes saltadores” (pedaços móveis de DNA) chamados retrotransposons, sugerindo que esses elementos forneceram a matéria-prima que a evolução remodelou em centrômeros de levedura modernos. Isto dá uma explicação genética concreta de como a levedura acabou com este tipo incomum de centrômero.
Por que suas descobertas são importantes para a comunidade científica?
Os centrômeros de levedura foram os primeiros centrômeros cuja sequência funcional de DNA foi isolada e trabalhada em detalhes, começando com o trabalho de Clarke e Carbon no início dos anos 1980, mas permanece um mistério como tais centrômeros minúsculos e definidos com precisão poderiam ter evoluído. Ao mostrar como um tipo de centrómero pode ser reconstruído a partir de outro, o nosso trabalho aborda esta questão de longa data e mostra como pedaços de ADN “egoísta” ou parasita podem ser domesticados e transformados em ADN no qual as células agora dependem para organizar os seus cromossomas. Isso fornece um exemplo concreto de como uma parte central do cromossomo pode ser completamente reestruturada ao longo da evolução, reaproveitando o DNA que antes parecia “lixo” genômico.
Quais são os próximos passos que você dará?
A seguir, queremos entender como o cinetocoro – a maquinaria proteica que reconhece os centrômeros – pode acomodar mudanças tão dramáticas no DNA do centrômero ao longo do tempo evolutivo. Como parte disso, estamos abordando a questão em aberto de como os centrômeros montam o cinetocoro. Também estamos procurando casos adicionais em que os transposons tenham sido reutilizados para construir estruturas cromossômicas como centrômeros, para ver quão comum é esse tipo de inovação genômica.
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