OS INVESTIGADORES ELUCIDAM REDE DE GENES QUE CONTROLAM A PUBERDADE E QUANDO COMEÇA. (Comentado)

Ao expandir nosso conhecimento sobre como o cérebro controla o processo de desenvolvimento sexual, pesquisadores da Oregon Healthy & Science University e da Universidade de Pittsburgh identificaram para os primeiros membros de uma elaborada superfamília de genes que regulam o timing da puberdade na evolução de primatas não-humano. O finger Zinc, ou ZnF, é uma família de genes que compreende cerca de 800 genes individuais.

Um punhado de genes em uma rede recém-descoberta, operando dentro do cérebro neuroendócrino, servem como um "freio neurobiológico" que atrasa até o final da infância a ativação de genes hipotalâmicos responsáveis pelo início da puberdade, impedindo assim o despertar prematuro do processo. Crédito: © kentoh / Fotolia

Um punhado de genes em uma rede recém-descoberta, operando dentro do cérebro neuroendócrino, servem como um “freio neurobiológico” que atrasa até o final da infância a ativação de genes hipotalâmicos responsáveis pelo início da puberdade, impedindo assim o despertar prematuro do processo. Crédito: © kentoh / Fotolia

Um punhado de genes nesta rede, operando dentro das funções neuroendócrinas do cérebro, servem como uma “trava neurobiológica” que segura até o final da infância a ativação de genes hipotalâmicos responsáveis pelo início da puberdade, impedindo assim o despertar precoce do processo. O artigo foi publicado na revista Nature Communications.

O artigo demonstra que a família de genes codifica repressores ZnF – proteínas que mantêm em xeque a atividade dos genes – para suprimir o lançamento da puberdade. O melhores insights feitos por cientistas para decifrar se fatores ambientais empurram o início da puberdade até idades mais jovens. A puberdade precoce está associada com um aumento da incidência de câncer no ovário, útero e mama, bem como um aumento da incidência de doenças cardiovasculares e doenças metabólicas.

“Aprofundar a nossa compreensão de como o cérebro controla o início da puberdade nos permitirá compreender por que as meninas estão iniciando a puberdade muito mais cedo. Este conhecimento pode ajudar a construir uma base para o desenvolvimento de novos caminhos para o tratamento da puberdade precoce”, disse Alejandro Lomniczi, Ph .D., investigador principal do estudo e cientista assistente da pesquisa em neurociência no Centro de Pesquisa Oregon National Primate em OHSU. “Nossa suspeita é que as substâncias químicas contidas em produtos feitos pelo homem e outros fatores ambientais, tais como nutrição, podem acelerar o desenvolvimento reprodutivo por antagonizar epigenéticamente repressores de genes tais como ZNFs.”

ZNFs exercem o seu efeito inibidor através da criação de mecanismos de movimento que alteram a atividade do gene, sem alterar a sequência de DNA. Devido a isso, os ZNFs são considerados elementos que agem “epigeneticamente”, o que significa, transmitindo informação para os genes a partir do ambiente, sem alterar o código genético em si.

Os pesquisadores descobriram que a abundância dos RNAs mensageiros que codificam GATAD1 e ZNF573, juntamente com a de outros cinco ZNFs, diminui durante a transição juvenil-puberal em primatas não-humanos, quando o freio na unidade hipotalâmica ao eixo hipofisário-gonadal é liberado. ZNFs promovem a perda de uma proteína associada ao DNA conhecida como ‘histona 3 dimetilada em lisina 4’ (H3K4me2) a partir da região de controle de genes que facilitam a puberdade. H3K4me2 está normalmente associada com a ativação do gene. Usando o paradigma da terapia genética e um modelo de roedor, os investigadores aumentaram seletivamente a abundância de GATAD1 ou ZNF573 no hipotálamo de ratos fêmeas na pré-puberdade, e observaram que a puberdade foi atrasada nestes animais. No geral, suas descobertas sugerem que como a produção de ZNFs diminui no hipotálamo durante o desenvolvimento pré-púberes tardio, a puberdade “parada” mantém sob controle é liberada e começa a maturidade sexual.

Jornal Referência:
1. Alejandro Lomniczi, Hollis Wright, Juan Manuel Castellano, Valerie Matagne, Carlos A. Toro, Suresh Ramaswamy, Tony M. Plant, Sergio R. Ojeda.Epigenetic regulation of puberty via Zinc finger protein-mediated transcriptional repression.Nature Communications, 2015; 6: 10195 DOI: 10.1038/NCOMMS10195

Fonte: Science Daily

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Comentários internos

O texto traz algumas informações bastante interessantes sobre nossa própria biologia. Primeiro, trata de um estudo sobre elementos que regulam a nossa puberdade. Um destes elementos é a epigenética, citando o caso da metilação de histona. A metilação das histonas é um processo pelo qual os grupos metil são transferidos para aminoácidos das proteínas histonas. Tal processo pode aumentar ou diminuir a transcrição de genes, dependendo de quais aminoácidos nas histonas são metilados e quantos grupos metil estão ligados. Os eventos de metilação que enfraquecem as atrações químicas entre as histonas e o DNA aumentam a transcrição, porque permitem que o DNA se desenrole de modo que proteínas fatores de transcrição e a polimerase de RNA possam aceder ao DNA. Este processo é crítico para a regulação da expressão genética que permite que diferentes células expressem genes diferentes, e também parece estar mediando a atuação da unidade hipotalâmica sobre o eixo hipofisário-gonadal. Este é o segundo ponto, a fisiologia. No caso, trata-se de duas regiões do sistema nervoso que alteram o funcionamento do corpo: o hipotálamo, que produz hormônios e controla a hipófise.

O hipotálamo também produz basicamente dois hormônios, a ocitocina (OCT) e o hormônio antidiurético (ADH) que são transportados para a hipófise. Esta é dividida em duas: a neurohipófise onde são armazenados hormônios, além de liberar fatores que regulam a atividade da adenoipófise.

A hipófise, é uma glândula pequena que se localiza na base do encéfalo. Ela produz vários hormônios, e no caso da puberdade dois deles são de grande interesse: o LH (hormônio luteinizante) que regula as atividades das gônadas masculinas e femininas, como a produção de testosterona nos testículos, indução da ovulação e formação do corpo lúteo; e o FSH (hormônio folículo-estimulante) que atua na produção dos folículos, nos ovários; e dos espermatozoides, nos testículos.

Além dos hormônios tróficos, a adenoipófise secreta outros hormônios que também são muito importantes para o metabolismo do corpo, mas que não agem em glândulas endócrinas

No geral, dentro do contexto da puberdade, com ela começa no eixo hipotalâmico-hipofisário e faz com que as gônadas comecem a sintetizar hormônios que podem influenciar no crescimento e desenvolvimento do corpo. Esses hormônios sexuais, os hormônios produzidos pelas gônadas controlam o ciclo reprodutivo e o comportamento sexual, sendo que os testículos produzem a testosterona, enquanto que os ovários produzem o estrógeno e a progesterona.

O resultado é a puberdade, ou adolescência, onde uma série de alterações fisiológicas ocorrem na voz, nos pêlos do corpo, nas genitálias, mudanças biopsicossociais, busca de mais liberdade e independência, desafios, inserção em algum grupo social e o inicio de uma vida sexual e amorosa.

A palavra adolescente vem do verbo latino oleo, ou olui, que representa o exalar de um perfume, tendo a mesma raiz etimológica da palavra olor, que significa odor ou aroma sutil, fragrância. O ad como prefixo tornou-se o verbo latino adoleo, que quer dizer queimar, consumir-se em fogo em honra de um deus, ou, no caso do início da vida sexual (explosão de hormônios) e consumir-se de desejo sexual.

Adolesco é o verbo latino de duplo sentido que significa transformar-se em vapor, e também crescer. O elemento ent acentua um acontecimento temporal: onde o adolescente é aquele ser em mudança, consumido por desejo enquanto cresce. Curiosamente, o particípio passado do mesmo verbo é ad ulto, ou adulto, indicando aquele que o indivíduo já queimou ou exalou todo seu crescimento e ardência.

O estudo acima fez um comparativo interessante com primatas. Uma das correntes da biologia que procura estudar a espécie humana como resultado de uma evolução neotênica, ou seja, que o animal primata-humano é resultado de um processo evolutivo que conservou características juvenis. Isto significa que nossa espécie conservou uma grande cabeça com crânio globular (Bednarik, 2011), ossos cranianos gráceis (Gould, 1977) e com a redução das têmporas. A face se tornou mais plana apresentando um rosto alongado (Gould, 1977) e sem pêlos (Jean-Baptiste de Panafieu, 2007). Manteve cabelo na porção superior da cabeça, nariz pequeno (Bednarik, 2011), olhos grandes e forma grácil das orelhas, pequenos dentes, mandíbula e maxila (Montagu, 1989) com braços e pernas relativamente curtos.

Doug Jones, antropólogo na Universidade de Cornell defende que houve uma tendência em direção a neotenia direcionada pela seleção sexual na evolução humana para características faciais neotênica em mulheres por homens gerando também um resultado juvenil em rostos masculinos como “subproduto “da seleção sexual para o sexo feminino. Para o pesquisador, este tipo de seleção sexual teve um papel importante na evolução humana, uma vez que uma proporção maior de mulheres no passado chegavam a idade da menopausa (Saiba mais aqui). Esta proporção crescente de mulheres que eram muito velhas para se reproduzir resultou em uma maior variação na fecundidade na população de mulheres, e resultou em uma maior seleção sexual para indicadores de fecundidade juvenis em mulheres por homens (Jones et al, 1995).

Estranhamente, os homens estão mais preocupados com a atratividade sexual das mulheres do que as mulheres estão preocupadas com a atração sexual dos homens. Esta maior preocupação sobre a atratividade feminina é incomum entre os animais, porque geralmente as fêmeas é que estão mais preocupadas com a atração sexual do macho em outras espécies, razão pela qual os machos apresentam comportamento de corte, de exposição das cores (em aves), de vocalização e demonstrações de poder. Este caso anômalo em seres humanos parece ocorrer devido as mulheres aumentarem a expectativa após seus anos reprodutivos e devido a mulheres com sua capacidade reprodutiva diminuir com a idade. Isto acabou resultando na adaptação em homens para ser seletivo contra traços físicos de idade que indicam a diminuição da fecundidade feminina e preferir características juvenis (Jones et al, 1995).

Um estudo para testar esta afirmativa foi conduzido sobre a atratividade de machos alterando os crânios e a morfologia humana. Paul Wehr e equipe (2001) utilizaram a psicologia e a biologia evolutiva para entender a seleção sobre características faciais. O resultado mostrou uma predisposição média na seleção estabilizadora enquanto que a pedomorfose facial (traços juvenis faciais) é resultado da seleção direcional (Wehr, 2001). A ideia de seleção direcional definida por Bergstrom e Dugatkin (2012) é quando um único traço fenotípico é conduzido pela seleção e é fixado em uma população. Em contraste, a seleção estabilizadora é definida como sendo um cenário em que ambos os alelos são dirigidos para a fixação em uma população (sendo polimórficos, ambos os alelos atingem o equilíbrio em fixação). Para comparar os efeitos da seleção direcional e estabilizadora na pedomorfose facial, Wehr usou um gráfico morfológico para alterar as aparências e tornar rosto mais ou menos juvenis. Os resultados mostraram que o efeito da preferência foi quase duas vezes maior sobre os traços juvenis, o que indica que a seleção estabilizadora influencia a preferência facial, e a média foi encontrada mais atraente do que a retenção de características faciais juvenis (Wehr, 2001). Isto segue as conclusões de outros estudos apresentados anteriormente. O interessante é notar que as mulheres tendem a preferir as características médias faciais do que as juvenis: o contrário dos animais, na qual as fêmeas tendem a dirigir a seleção sexual devido a escolha do sexo feminino e da hipótese da Rainha Vermelha (os organismos estão em constante adaptação, evolução e proliferação não apenas para obter vantagem reprodutiva, mas também para sobreviver quando confrontados com organismos em constante evolução em um ambiente em constante mudança).

Crânio juvenil de Mojokerto.

Crânio juvenil de Mojokerto. (Homo erectus)

Em seres humanos as mulheres tendem a se concentrar em características sociais, incluindo educação, status de trabalho, antecedentes familiares, humor e comportamento de corte. Experimentos descobriram que os homens tendem a se concentrar na atratividade das mulheres, enquanto que as mulheres se concentram na qualidade geral e nas interações verbais. O critério de escolha das fêmeas parece ser mais rigoroso do que o de homens.

O antropólogo Ashley Montagu defende que o fetalização, ou características juvenis começaram a aparecer em Homo erectus, representado pelo juvenil crânio de Mojokerto ou mesmo de australopitecineos representados pelo crânio juvenil Australopithecus africanus que teria muitas semelhanças com os dos humanos modernos em certos caracteres já na idade adulta. De fato, Montagu destaca que o arredondamento do crânio, magreza dos ossos do crânio e a falta de uma crista (sagital) no crânio, a forma dos dentes, tamanho relativo e da forma do cérebro foram as características que os ancestrais apresentaram primeiramente e que se assemelham aos crânios de seres humanos adultos modernos. Assim, a retenção dessas características juvenis do crânio na idade adulta por australopitecineos ou Homo eretus poderiam ter ocorrido mais cedo do que realmente aconteceu na evolução humana (Montagu, 1955).

O ecologista evolutivo Aldo Poiani da Universidade de Monash na Austrália defende que a neotenia em seres humanos pode ter se tornado “acelerada” a “em dois sentidos da seleção sexual”: em que as fêmeas foram escolhendo machos inteligentes como companheiros e os machos escolhendo fêmeas espertas como companheiras (Poiani, 2010) e a neotenia vem como efeito secundário.

Alguns pesquisadores, como Bruce Charlton da Universidade de Newcastle, professor de psicologia defendem que a imaturidade e os traços juvenis na vida adulta é são de de real valor característico de desenvolvimento para a espécie, defendendo inclusive, uma neotenia psicológica.

Representação científico/artística dos hominíneos onde nota-se a neotenia se tornando mais evidente.

Representação científico/artística dos hominíneos onde nota-se a neotenia se tornando mais evidente.

Para a evolução humana, a vantagem foi que ela aumentou o período de maturação e o tamanho do cérebro humano. Entre 2 e 3 três milhões de anos atrás, houve uma duplicação segmentar incompleta do gene SRGAP2 nos ancestrais dos seres humanos. Este gene ancestral era o SRGAC2, que retardou a maturação espinhal e permitiu mais migração neuronal. Como resultado, as extremidades dendríticas aumentaram em número e comprimento, e eles se tornaram mais complexos, explicando as maiores densidades sinápticas em seres humanos quando comparado com outros primatas e roedores (Robertson, 2914).

Somel e colegas apresentaram um estudo pontuando que 48% dos genes que afetam o desenvolvimento do córtex pré-frontal mudam com a idade de forma diferente entre humanos e chimpanzés. Para os pesquisadores, existe um excesso significativo de genes relacionados com o desenvolvimento do córtex pré-frontal que mostram a expressão neotênica em seres humanos em comparação com chimpanzés e macacos rhesus. O grupo defende que esta diferença esta de acordo com a hipótese de neotenia na evolução humana (Some et al, 2009).

Ao comparar os perfis de expressão gênica em córtices pré-frontais de macacos humanos, chimpanzés e macacos durante o desenvolvimento pós-natal o grupo descobriu que não há uma mudança uniforme no tempo de desenvolvimento entre humanos e outros primatas levando a este excesso de genes, mostrando expressão neotênica em seres humanos. O resultado apoia a tese da neotenia na evolução humana e fornece insights sobre o papel funcional possível de neotenia no desenvolvimento do cérebro humano. O estudou mostra que pelo menos em 2 regiões corticais estudadas, a mudança neotênica é mais pronunciada no tempo quando os humanos se aproximam da maturidade sexual, um processo conhecido por ser retardado em humanos em relação aos chimpanzés e outros primatas (Gould, 1977 & Hill et al, 2001).

A alteração neotênica afeta particularmente um grupo de genes expressos preferencialmente na matéria cinzenta. Curiosamente, o momento da mudança também corresponde a um período de reorganização cortical substancial caracterizada por uma diminuição no volume de substância cinzenta, que acredita-se estar relacionado com a eliminação sináptica. O ritmo de desenvolvimento das variações no volume de substância cinzenta tem sido associado com o desenvolvimento de habilidades cognitivas entre os seres humanos (por exemplo, competências linguísticas) ou ligado ao desenvolvimento de doenças (por exemplo, de déficit de atenção/hiperatividade) (Shaw et al, 209).

Estas observações sugerem que as diferenças temporárias desenvolvimentais entre o córtex pré-frontal humano e do chimpanzé podem refletir diferenças na maturação sexual e cognitiva entre as 2 espécies. Assim, a maturação da matéria cinzenta tardia no córtex pré-frontal humano pode prolongar o período de plasticidade neuronal associado ao aprendizado ativo, proporcionando assim aos humanos mais tempo para adquirir conhecimentos e habilidades.

Diferimos dos chimpanzés, no tamanho do cérebro e numerosos traços cognitivos, além de marcos específicos durante o processo de desenvolvimento. Por exemplo, a maturidade sexual feminina é alcançada entre 8 e 9 anos de idade em chimpanzés e entre 13 e 14 anos em humanos (Gould, 1977). Estudos da morfologia comparativa dos primatas – alguns datando do século XIX – sugeriram que a ontogênese humana segue um ritmo mais lento do que em outros primatas, dando o aspecto neotênico, que tem um papel central na evolução humana. Por exemplo, ela tornou possível o surgimento de habilidades cognitivas específicas de humanos através de um período prolongado de alta plasticidade neuronal (Langer, 2006; Gould, 1977; Johnson, 2001). Geralmente, o estudo comparativo do desenvolvimento de humanos e chimpanzés foram feitos tendo a morfologia esquelética como critério comparativo.  O que Somel e colegas estabelecem é que as comparações indicam que a origem neotênica da humanidade pode explicar algumas características humanas, como as citadas acima.

A razão para a grande dimensão do cérebro humano parece ser devido a taxas de crescimento rápidas cerebral pós-natal bastante precoces, em vez de um período prolongado de crescimento do cérebro em lactentes humanos (Leigh, 2004).

Infelizmente pouco se sabe sobre os genes expressos no cérebro humano que apresentam um atraso consistente no tempo de expressão comparado com chimpanzés ou, alternativamente, se diferentes estruturas ou redes moleculares são afetadas de diferentes modos. Embora poucos estudos em organismos modelo já tenham documentado mudanças na expressão gênica no momento do desenvolvimento, sabe-se que podem produzir novidades morfológicas e funcionais (Kim et al, 2000). Assim, este tipo de mudança evolutiva ainda não foi investigada em uma escala de todo o genoma. A identificação de diferenças no momento da expressão de genes durante o desenvolvimento cerebral entre humanos e primatas (especialmente os grandes símios) seria crucial para a compreensão da evolução humana e seus aspectos neotênicos.

A neotenia também é vista em animais domesticados, como cães e camundongos. Neste caso, a explicação para tais características é outra. Como há mais recursos alimentares disponíveis, a competição é menor, então os animais gastam menos energia do que obtêm. Isso lhes permite amadurecer e se reproduzir mais rapidamente do que suas versões selvagens (22). O ambiente em que os animais domésticos são criados vai determina se a neotenia vai, ou não, se estabelecer nestes animais. A neotenia evolutiva pode surgir em uma espécie quando essas condições ocorrem, e uma espécie torna-se sexualmente madura antes de seu desenvolvimento “normal”. Outra explicação para a neotenia em animais domesticados pode ser a seleção de certas características comportamentais.

Pedomorfia em cães

Pedomorfia em cães

O comportamento está ligado à genética, o que significa que quando um traço comportamental é selecionado, um traço físico pode também ser selecionado devido a mecanismos como desequilíbrio de ligação. Muitas vezes, os comportamentos juvenis são selecionados para mais facilmente domesticar uma espécie; assim, a agressividade em certas espécies vem com a chegada da idade adulta, quando há uma necessidade de competir por recursos. Se não há concorrência não há necessidade de lutar por recursos, então não há necessidade de agressão. Assim, um focinho se torna mais curto (como visto em achados arqueológicos durante o processo de domesticação dos lobos) e um tamanho geral menor entre os indivíduos domesticados. Em mamíferos, domesticamos geralmente as características neotênicas: orelhas flexíveis, mudanças no ciclo reprodutivo, caudas encaracoladas, coloração do animal malhado, menor número ou encurtamento de vértebras, olhos grandes, testa arredondada, grande orelhas e focinho encurtado (Trut, 1999). Curiosamente, as características neotênicas de animais que os deixam com cabeças geometricamente arredondadas, maiores e olhos grandes são as mesmas características que encontramos em bebês humanos, gerando a mesma sensação de afinidade, carinho e “fofura”. Animais cujas características não são neotênicas após o nascimento são vistos como “feias” pelo homem. De fato, parece que características neotênicas em bebes humanos desempenham um maior cuidado maternal após o nascimento e influencia no maior investimento na prole, ocupando maior tempo e investimento nutricional da mãe, retardando o próximo período reprodutivo da mãe, impedindo que o macho faça outro filho que competirá por atenção e recursos com o irmão mais velho (Pinker, 1999). Com isto, o macho teve de investir atenção e cuidados na prole para garantir sua sobrevivência até a idade reprodutiva, sendo um fator que favoreceu a monogamia.

Na domesticação dos cães, a diminuição da agressividade, e ampliação da neotenia estreitou ainda mais a ligação entre seres humanos e cães, que influenciou novamente a domesticação e seleção de características levando a grandes variedades geográficas que temos de cães ao redor do globo. Cães como o Komondor, São Bernardo e Maremma Sheepdog são morfologicamente mais neotênicos do que outras variedades de cães (Beck & Katcher, 1996).

Ambystoma mexicanum

Ambystoma mexicanum

É possível a neotenia se desenvolver sem a interferência do homem, ou seja, sem o uso da domesticação. No ambiente selvagem, a neotenia é observada em muitas outras espécies. É importante notar a diferença entre neotenia parcial e completa quando se olha para outras espécies, a fim de distinguir entre traços juvenis que são apenas vantajosos no curto prazo e traços que proporcionam um benefício durante toda a vida do ser vivo. A neotenia parcial é a retenção da forma larval para além da idade normal de maturação com a possibilidade de desenvolvimento de órgãos sexuais progênese, mas eventualmente o organismo ainda amadurece na forma adulta. Este caso pode ser visto no anfíbio Lithobates clamitans. A neotenia completa é observada em Ambystoma mexicanum e em algumas populações de Ambystoma tigrinum, que permanecem na sua forma larval durante toda a sua vida (Swingle, 1922).

Victor Rossetti

Palavras chave: NetNature, Rossetti, Adolescência, Genética, Hipotálamo, Hipófise, Juvenis, Neotenia, Pedomorfose, Evolução Humana.

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Referências

Beck, A.M. & Katcher, A.H. (1996). Between Pets and People: The Importance of Companionship. West Lafayette, Indiana: Purdue University Press.
Bednarik, R. G. (2011). “The Human Condition”. doi:10.1007/978-1-4419-9353-3
Bergstrom, Carl T. and Dugatkin, Lee Alan. “Evolution” W. W. Norton, 2012.
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