Os centrômeros têm o mesmo propósito básico para quase todas as formas de vida. Essas regiões do DNA garantem que os cromossomos se separem corretamente quando as células se dividem. Apesar dessas funções compartilhadas, os centrômeros variam dramaticamente em sua estrutura. Alguns organismos têm grandes extensões de DNA repetitivo, enquanto as leveduras usam versões extremamente curtas e simples, conhecidas como centrômeros “pontuais”. Esta diversidade fascinante, 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 Jeff Boeck da Escola de Medicina Grossman da NYU, desvendou 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. Essa versão anterior continha fragmentos de DNA do parasita. A descoberta representa um dos exemplos mais dramáticos de mudança evolutiva ao nível do ADN.
O paradoxo do centrômero
Os centrômeros são 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 cromossômica adequada em todas as células em divisão, desde leveduras até humanos.
Embora a maquinaria celular responsável pela segregação dos cromossomos tenha sido altamente conservada ao longo da evolução, o DNA encontrado nos centrômeros muda com uma rapidez surpreendente. Os cientistas chamam esse padrão confuso de “paradoxo do centrômero”. A levedura fornece um dos exemplos mais marcantes deste fenómeno porque os seus centrómeros são invulgarmente pequenos e bem definidos. 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 chave na evolução da levedura
O primeiro autor, Max Hass, explica as novas descobertas em detalhes na entrevista a seguir.
O que você descobriu?
Nosso artigo explica como uma característica cromossômica muito importante – o centrômero – chegou à levedura de cerveja. Na levedura, eles são extremamente pequenos e precisos – uma peculiaridade fascinante da árvore da vida que intriga os biólogos cromossômicos há décadas. Neste trabalho, mostramos um possível estágio intermediário em sua evolução e identificamos de onde veio originalmente o DNA desse centrômero específico.
Por que é tão emocionante?
Encontramos centrômeros anteriormente desconhecidos em espécies de leveduras relacionadas que aparecem a meio caminho entre centrômeros grandes e ricos em repetições e menores na levedura de cerveja. O DNA desses centrômeros está associado a uma classe de “genes saltadores” (pedaços móveis de DNA) chamados retrotransposons, sugerindo que esses elementos fornecem a matéria-prima que evoluiu para os centrômeros de levedura modernos. Isso fornece uma explicação genética concreta de como a levedura acabou com esse tipo incomum de centrômero.
Por que suas descobertas são importantes para a comunidade científica?
Os centrômeros de levedura foram os primeiros centrômeros a ter uma sequência funcional de DNA isolada, começando com o trabalho de Clark e Carbone no início dos anos 1980, mas permanece um mistério como esses centrômeros minúsculos e bem definidos poderiam ter evoluído. Ao mostrar como um tipo de centrômero pode ser remodelado a partir de outro, nosso trabalho aborda essa questão de longa data e mostra como pedaços de DNA “egoísta” ou parasita podem ser manipulados e transformados no DNA do qual as células agora dependem para organizar seus cromossomos. Isto fornece um forte exemplo de como um segmento central de um cromossomo pode ser completamente reestruturado ao longo da evolução, reorganizando o DNA que antes parecia um “lixo” genômico.
Quais próximos passos você dará?
A seguir, queremos entender como o cinetocoro – a maquinaria proteica que reconhece os centrômeros – poderia 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 criar estruturas cromossômicas, como centrômeros, para ver quão comum é esse tipo de inovação genômica.
