Evo-Devo pt 2: O Kit de Ferramentas Genético (What the Beauty is made of?)

Aos ilustres leitores que ainda se dignam a aparecer neste empoeirado blog, peço desculpas pelo vácuo. Não vou tentar justificar a demora dos capítulos da Saga da Evo Devo, mas talvez as palavras "final de semestre acadêmico" despertem um dejà vu em suas pessoas, então, me limito a este pequeno desabafo já expresso subliminarmente (talvez não tanto, mas enfim).

Para lembrar em que pé andávamos nessa história toda, recomendo uma passada rápida no Capítulo 1 da Quadrilogia. Fazendo isso, vocês verão que este episódio aqui se destina a explanar o Kit de Ferramentas Genético. Esse kit foi descoberto primeiramente em Drosophila (que novidade!!), através de mutantes bem peculiares, que apresentavam porções do corpo estruturadas normalmente, porém, posicionadas em um lugar totalmente errado do corpo (os chamado “mutantes homeóticos”). É o caso do mutante que veio a ser chamado de Antennapedia (vide a bela foto abaixo). Talvez pelo nome sugestivo fique implícito que ele possuía patas no lugar das antenas. Bacana né.

É imaginável que, nesses mutantes, houvesse um problema em "alguma coisa" que dizia onde deveria ir a perna, a antena, a asa. Porque, afinal de contas, o problema não era com a estrutura em si, mas com sua localização. Diante deste cenário, Edward Lewis, Christiane Nüsslein-Volhard e a Erich Wieschaus rastrearam os genes que estavam com problema. Isso mesmo, um gene problemático estava colocando patas no lugar de antenas, dobrando o número de tórax, e outras confusões geográficas e numéricas. Assim foi descoberto o Kit de Ferramentas Genético: um conjunto de genes cujos produtos controlam o desenvolvimento de organismos multicelulares. O descobrimento de diversos genes desse Kit, envolvidos no estabelecimento dos planos corporais e outros genes importantes para o desenvolvimento, renderam a esses pesquisadores o Prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia em 1995.

A maioria dos genes do Kit apresenta o chamado Homeobox, uma sequência de DNA que mede cerca de 180 pares de bases, e que codifica um domínio da proteína final (homeodomínio), o qual é responsável pela ligação ao DNA. Esses genes, em sua maioria, são componentes de caminhos de sinalização, codificando para a produção de fatores de transcrição, proteínas de adesão celular e receptores de superfície celular, os quais ativam outros genes numa reação em cascata. Através de uma rede intrincada, e ainda não totalmente compreendida, os genes do Kit “mapeiam” e localizam o local do corpo em desenvolvimento, como um GPS, e então liberam a ativação dos genes downstream para a produção de uma pata no lugar correto, por exemplo. É como se o gene do Kit dissesse para os outros seguintes: “Vão fundo, amigos, aí é que tem que ficar a asa, mesmo”.

Entre os genes mais importantes do Kit estão os do Cluster Hox. Os fatores de transcrição codificados pelos genes Hox contêm o homeobox mais distribuído nos filos animais, e funcionam padronizando os eixos corporais. Dessa forma, ao fornecer a identidade de certas regiões do corpo, os genes Hox determinam onde as pernas e outros segmentos do corpo crescerão e se desenvolverão em um feto ou em uma larva. Algo interessante a se frisar sobre este cluster é sua colinearidade espacial e temporal dentro de um mesmo cromossomo. Ou seja, durante o desenvolvimento, a expressão dos genes do cluster Hox de um cromossomo começam se expressando por uma das pontas, seguindo para a outra, e a expressão é correspondente com as porções do corpo (os primeiros genes ativados estão envolvidos no desenvolvimento da cabeça, por exemplo) e o tempo de sua expressão (começo pela cabeça). A figura abaixo explica melhor e mais diretamente esse aspecto tão fascinante desse cluster.

Diferenças nestes genes do Kit afetam o plano corporal e o número, identidade e padrão das partes corporais dos diferentes animais, e mutações em qualquer um desses genes pode levar ao crescimento de partes do corpo adicionais ou em local errado, sendo geralmente não funcionais. Assim pode-se entender aquele mutante Antennapedia. O gene responsável pela localização da pata estava com “problemas na regulação do GPS”, e os obedientes genes downstream, “cegamente”, colocaram a pata no lugar da antena. Já em vertebrados, mutação nos genes Hox resulta em aborto espontâneo.

O cluster Hox e várias outras famílias gênicas do Kit são conservadas evolutivamente entre os filos animais. Assim, apesar das grandes diferenças de aparência, fisiologia e complexidade, todos os animais - vermes, abelhas, moscas, dinossauros, borboletas, ursos, zebras e seres humanos - compartilham um Kit comum de genes mestres que governam a formação de seu plano de corpo. Inclusive, diversos experimentos foram feitos para ver o que um gene do kit de uma espécie faria se fosse colocado em outra espécie. E, pasmem. Um gene PAX-6 (chamado Eyeless em invertebrados) de Drosophila conseguiu "liberar" a formação de um olho normal de camundongo (já que os genes para formação do olho propriamente dito são do camundongo mesmo).

Esse conhecimento agora forma a base para a compreensão do processo evolutivo, atuando sobre o desenvolvimento e a diversidade como nunca antes havia sido possível. Ou seja, as alterações nos genes do desenvolvimento ao longo do tempo evolutivo foram moldando as formas fantásticas de padrões corporais, simetrias e apêndices dos animais que viveram e ainda vivem.

Aguardem nos próximos dois posts (que, prometo, não demorarão tanto), descrições de dois genes do Kit!

Referencial:

http://www.abc.org.br/article.php3?id_article=249

Cañestro, C. et al. Evolutionary developmental biology and genomics. Nature, vol. 8, dez/2007.

Carrol, S. Infinitas formas de grande beleza. Jorge Zahar Editor, 2006.