COMO AS SERPENTES PERDERAM O PROJETO DE CONSTRUÇÃO DE MEMBROS.

Serpentes perderam suas pernas há mais de 100 milhões de anos, mas os cientistas têm lutado para identificar as alterações genéticas envolvidas neste processo. Uma publicação na revista Cell lança alguma luz sobre o processo, descrevendo um trecho de DNA envolvido na formação de membros que é mutado em serpentes. Quando os investigadores inseriram o DNA de serpentes em camundongos, os animais desenvolveram membros truncados, sugerindo que um trecho crítico do DNA perdeu sua capacidade de suportar o crescimento do membro durante a evolução das serpentes.

Esta imagem descreve embriões do rato com o ZRS da cobra ou do python introduzido em seus genomes, substituindo o regulador genético normal. Seu desenvolvimento de membros truncados é visível nos exames ósseos comparativos. Crédito: Kvon et al./Cell 2016

Esta imagem descreve embriões do rato com o ZRS de certas serpentes e da Python introduzido em seus genomas, substituindo o regulador genético normal. Seu desenvolvimento de membros truncados é visível nos exames ósseos comparativos.
Crédito: Kvon et al./Cell 2016

“Este é um dos muitos componentes das instruções de DNA necessários para a tomada de membros em humanos e, essencialmente, todos os outros vertebrados com patas. Em serpentes, ele está quebrado”, diz Axel Visel, geneticista do Lawrence Berkeley National Laboratory e autor sênior no paper. “É provavelmente uma das várias etapas evolutivas que ocorreram em serpentes, que, ao contrário da maioria dos mamíferos e répteis, não pode mais formar membros”.

As serpentes de hoje tem sido submetidas a uma das mais dramáticas mudanças no plano corporal na evolução dos vertebrados. Para estudar as raízes moleculares desta adaptação, Visel e seus colegas começaram a olhar para genomas publicados de serpentes, incluindo os genomas de serpentes basais como o gênero Boa e a Python, que têm pernas vestigiais – minúsculos ossos das pernas enterrados em seus músculos – e serpentes avançadas, como as víboras e “cobras”, que que perderam todas as estruturas dos membros. Dentro desses genomas, eles se concentraram especificamente um gene chamado de Sonic hedgehog (Shh), envolvido em muitos processos de desenvolvimento – incluindo formação de membros. Os pesquisadores mergulharam ainda mais em um dos reguladores dos genes Shh, um trecho de DNA chamado ZRS (a zona de sequencia de polarização da atividade regulatória) que estava presente, mas que divergiram em serpentes.

Para determinar as consequências dessas mutações, os pesquisadores usaram CRISPR, um método de edição de genoma, para inserir os ZRS de vários outros vertebrados em ratos, substituindo o regulador original. Com os ZRS de outros mamíferos, tais como seres humanos, os ratos desenvolveram membros normais. Mesmo quando inseridos os ZRS de peixes, cujas barbatanas são estruturalmente muito diferentes de membros, os ratos desenvolveram membros normais. No entanto, quando os pesquisadores substituíram os ZRS de ratos pelo das python ou a versão de cobras, os ratos passaram a desenvolver membros anteriores e posteriores severamente truncados.

“Usando essas novas ferramentas genômicas, podemos começar a explorar como diferentes versões evolutivas do mesmo potenciador afetam o desenvolvimento dos membros e realmente ver o que acontece”, diz Visel. “Nós costumávamos olhar principalmente para as sequências e especulávamos sobre a evolução molecular, mas agora, podemos realmente ter estes estudos em um nível mais próximo.”

Para identificar as mutações no ZRS das serpentes que foram responsáveis pela sua inativação durante a evolução da serpente, os pesquisadores deram uma olhada mais de perto na história evolutiva das mudanças de sequência individuais. Ao comparar os genomas de serpentes e outros vertebrados, eles identificaram um suspeito em especial para a eliminação de 17 pares de bases que só ocorreu em serpentes; esta supressão removeu um trecho das ZRS que tem um papel fundamental na regulação do gene Shh em animais com patas.

A equipe de pesquisa voltou o relógio evolucionário, restaurando os 17 pares de bases faltantes em uma versão híbrida criada artificialmente da ZRS python, e testou o DNA editado em camundongos. Aqueles que o levavam tinham evolutivamente “ressuscitado” o ZRS em seu genoma, substituindo seu regulador normal, desenvolvendo pernas normais. No entanto, Visel adverte que os eventos evolucionários eram provavelmente mais complexos do que apenas a eliminação: “Há provavelmente algumas redundâncias incorporadas na ZRS de ratos, e algumas das outras mutações nos ZRS de serpentes, provavelmente, também desempenharam um papel na sua perda de função durante a evolução”.

Claro, as serpentes não são os únicos animais vertebrados que não possuem braços ou  pernas – alguns lagartos, enguias e outros peixes e mamíferos marinhos, por exemplo, também se adaptaram a redução dos membros em diferentes graus e provavelmente passaram por um processo de evolução ligeiramente diferente. “Perda de membros ocorreu várias vezes de forma independente durante a evolução animal, e é seguro supor que as mutações que afetam outros genes estavam envolvidas”, diz Visel. “É um problema complexo, mas com a introdução de ferramentas de edição de genoma, nós podemos finalmente começar a amarrar alterações específicas do DNA para alterações na forma do corpo de forma mais sistemática”.

Jornal Referência:

1. Evgeny Z. Kvon, Olga K. Kamneva, Uirá S. Melo, Iros Barozzi, Marco Osterwalder, Brandon J. Mannion, Virginie Tissières, Catherine S. Pickle, Ingrid Plajzer-Frick, Elizabeth A. Lee, Momoe Kato, Tyler H. Garvin, Jennifer A. Akiyama, Veena Afzal, Javier Lopez-Rios, Edward M. Rubin, Diane E. Dickel, Len A. Pennacchio, Axel Visel.Progressive Loss of Function in a Limb Enhancer during Snake Evolution.Cell, 2016; 167 (3): 633 DOI:10.1016/j.cell.2016.09.028
2. Francisca Leal, Martin J. Cohn.Loss and Re-emergence of Legs in Snakes by Modular Evolution of Sonic hedgehog and HOXD Enhancers.Current Biology, 2016; DOI: 10.1016/j.cub.2016.09.020

Fonte: Science Daily

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