Em “Através do Espelho”, de Lewis Carroll, Alice corre incessantemente ao lado da Rainha Vermelha, mas nunca avança. “É preciso correr o máximo possível para mantê-lo no mesmo lugar”, explica Queen.
Este conceito tem sido usado há muito tempo para descrever a estase evolutiva entre espécies, como hospedeiros e os parasitas ou patógenos que os atacam. Mas também se aplica mais perto de casa. “Embora normalmente utilizemos esta metáfora para descrever a corrida armamentista evolutiva entre hospedeiro e parasita ou hospedeiro e patógeno, a ‘hipótese da Rainha Vermelha’ também caracteriza as batalhas em curso dentro dos nossos genomas”, disse Mia Levin, bióloga da Universidade da Pensilvânia.
Quando o DNA se inverte
Nem todo DNA funciona silenciosamente para o benefício da célula. Algumas sequências se comportam de maneira egoísta, explica Levin. Os elementos genéticos móveis podem copiar-se a partir de um local ou cortar-se e inserir-se noutro local, por vezes danificando genes ou outras peças críticas de ADN no processo. As células desenvolveram defesas moleculares para lidar com estes elementos, utilizando sistemas que os detectam, desligam ou bloqueiam fisicamente o seu movimento.
Este constante conflito interno levanta um mistério persistente. Como podem alguns dos processos mais essenciais e confiáveis da vida depender de proteínas que devem mudar rapidamente para acompanhar as ameaças genéticas?
Telômeros e seus protetores que mudam de forma
Levin e seus colegas decidiram responder a essa pergunta estudando o que é conhecido como moscas-das-frutas. Drosophila melanogaster. Eles se concentraram nos genes envolvidos na produção dos telômeros, as capas protetoras nas extremidades dos cromossomos que Levine comparou às pontas plásticas dos cadarços.
Seus resultados, publicados ciênciamostram que embora o papel destas proteínas permaneça o mesmo, protegendo as extremidades dos cromossomas, as próprias proteínas evoluíram continuamente para proteger contra o ADN egoísta.
As extremidades dos cromossomos devem ser mantidas unidas, uma falha que pode desencadear instabilidade genética, problemas de fertilidade e até 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 de proteínas essenciais
Duas dessas seis proteínas são diferentes. A proteína HipHop e seu parceiro HOAP evoluem muito mais rápido que outros, mas ambos são necessários para a proteção dos telômeros.
“Nós fornecemos o primeiro vislumbre da biologia fascinante fielmente conservada por um complexo multiproteico essencial cujas subunidades estão sob forte pressão evolutiva para mudar”, disse Levine.
A equipe usou ferramentas de edição genética para substituir a proteína HipHop para ver se essas proteínas tinham que evoluir juntas. D. melanogaster Com versões de espécies intimamente relacionadas D. Apreciação.
Os resultados foram dramáticos. Quando as moscas são produzidas D. Apreciação Em vez de sua própria versão do hip-hop, eles não sobreviveram. Suas células mostram extensa montagem de extremidades cromossômicas.
Seis aminoácidos fazem a diferença
Os pesquisadores então reverteram parte da mudança. Apenas seis aminoácidos evoluídos de forma adaptativa – os blocos de construção das proteínas – mudam D. Apreciação De volta ao hip-hop D. melanogaster versão ou adiciona D. Apreciação 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 hip hop é forçado a se adaptar para manter parcerias.
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 que estudá-la pode esclarecer como os genomas mantêm funções antigas enquanto se adaptam a ameaças em constante mudança”, disse 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 Brianna N. Kruga, Hannah Futaran, Andrew Santiago-Frangos e Sung-Ya Lin da Penn Arts & Sciences.
Esta pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde (bolsas R35GM124684 e R00GM147842).
