quinta-feira, 16 de Abril de 2009

Replicação de genomas pode separar Humanos dos Grandes Símios

Um pico súbito durante a cópia e o rearranjo da estrutura do ADN deu "forma" às espécies de grandes símios.

Apesar de não ser tão dramático como a teoria de o Big Bang ter criado o universo, uma explosão na duplicação do ADN do ancestral comum dos humanos, chimpanzés e gorilas, pode ser responsável por muitas das diferenças entre estas espécies. A grande separação ocorreu à cerca de 8 ou 12 milhões de anos atrás, mas os efeitos desta separação ainda são visíveis.




Um aumento nas duplicações ocorreu no genoma do ancestral comum dos humanos e dos grandes símios africanos entre 8 milhões a 12 milhões de anos atrás. Os números perto das imagens indicam os milhões de bases duplicadas que são únicas para cada espécie. Por exemplo, 13.6 milhões de bases replicadas no genoma humano não são replicadas no genoma de outras espécies. Créditos: Marques-Bonet et al., Nature, Fev. 12, 2009.



Os genes humanos e dos grandes símios são notoriamente similares, com poucas diferenças nas letras genéticas que compõem o manual de instruções para construir cada primata. Mas os gorilas, orangutangos, chimpanzés e humanos são obviamente diferentes. Uma nova análise dos genomas dos humanos e dos seus primos símios, publicada em 11 de Fevereiro na revista Nature, sugere que essas diferenças podem ter raízes nas duplicações do ADN.

A equipa de investigação liderada por Evan Eichler, investigador do Instituto de Medicina Howard Hughes na Universidade de Washington em Seattle, comparam os genomas dos macacos, orangutangos, gorilas, chimpanzés, bonobos e humanos. Os investigadores descobriram que partes dos genomas foram copiadas e reorganizadas, por vezes múltiplas vezes, dentro de cada uma das linhagens.

Depois dos orangutangos se separarem da árvore genealógica dos primatas, as taxas de replicação aceleraram dramaticamente no ancestral comum dos gorilas, chimpanzés e humanos. Esta taxa continuou no ancestral comum dos humanos e chimpanzés, mas depois abrandou de novo. Ao mesmo tempo, estas taxas de duplicação influenciavam outros tipos de mutação - tal como alterações nas letras da sequência genética - a abrandarem.


A duplicação pode fazer a diferença: Um segmento de ADN encontrado apenas no genoma humano (círculo verde) foi duplicado múltiplas vezes nos chimpanzés e gorilas (setas rosa). Alguns segmentos duplicados nos chimpanzés são multiplicados nos humanos (não demonstrado). Créditos: Marques-Bonet et al., Nature, Fev. 12, 2009.



A actividade de duplicação resultou em diferenças estruturais do genoma entre as espécies, numa escala nunca antes analisada. Estudos anteriores só tinham analisado genes específicos ou pequenas partes do genoma, e esta análise em grande escala esclarece o que não era evidente.


"Este artigo sugere que a variação real que levou à linhagem humana é estrutural," diz Mark Gerstein, bioinformático na Universidade de Yale. "Penso que é plausível que o número de cópias ou a variação estrutural pode afectar mais ainda que as próprias mutações - alterações das bases - podem."

Alterar uma única base, ou uma letra do ADN, é susceptível de ter um efeito limitado, uma vez que tais mutações alteram apenas um único gene. Mas grandes duplicações, contendo 20.000 bases ou mais, como as mapeadas neste estudo, podem conter mais de um ou mais genes ou partes destes e regiões reguladoras.

Duplicar, triplicar ou quadruplicar o número de cópias de um pedaço de ADN no genoma, pode aumentar potencialmente a actividade dos genes contidos nessa região. Uma duplicação pode conter algumas partes de um gene, mas não todo, o que poderá alterar a função do gene. E estas duplicações deverão conter painéis de controlo para os genes, disse Gerstein. Copiar esses painéis de controlo, no seu todo ou partes dele, e inserindo-os noutra parte do genoma poderá alterar a actividade dos genes adjacentes ao ponto de inserção.

Os investigadores descobriram que estas duplicações não ocorrem aleatoriamente. A maioria das duplicações ocorrem próximas das duplicações mais antigas, criando hot spots no genoma, susceptíveis à cópia e rearranjo. Estas partes instáveis do genoma proporcionam flexibilidade à adaptação a novos ambientes, mas têm também uma desvantagem.

A instabilidade tem sido relacionada a doenças em seres humanos. As células cancerígenas têm, notoriamente, duplicações, rearranjos, e deleções nos genomas. O ADN instável predispõe os seres humanos a doenças como o autismo, retardação mental e esquizofrenia. Os investigadores dizem que as duplicações ligadas ao autismo e à esquizofrenia são tão recentes que é provável que estas perturbações no desenvolvimento neurológico sejam também bastante jovens.

Cerca de 20% das duplicações identificadas neste estudo foram encontradas apenas em humanos. A maioria das partes replicadas contêm genes de função desconhecida, portanto o próximo passo deste projecto é descobrir como é que estas duplicações ocorrem e como é que os genes contribuem para tornar as pessoas humanas.

Mas os humanos não são os únicos com ADN extra específico para a sua espécie, diz Jeff Kidd, investigador genómico no laboratório de Eichler.

"Se eu e você fossemos dois chimpanzés a falar, iríamos estar a falar de como 20 % das duplicações são únicas nos chimpanzés," diz Kidd. "É tudo uma questão de perspectiva."



Publicado dia 14 de Março de 2009; Science News; por Tina Hesman Saey