Conceito de história da evolução do DNA humano

Um novo estudo revela que uma inserção específica de DNA no gene TBXT pode ser a razão pela qual os humanos e os macacos não têm cauda, ​​ao contrário dos macacos. Esta pesquisa inovadora fornece informações sobre a base genética da perda de cauda em primatas e sugere uma compensação evolutiva que pode estar relacionada a certos defeitos congênitos em humanos.

Explorar o processo de mudança poderia revelar novas funções para elementos do código genético.

Um novo estudo conduzido por pesquisadores da NYU Grossman School of Medicine sugere que uma mudança genética em nossos ancestrais poderia explicar parcialmente por que os humanos não têm cauda, ​​ao contrário dos macacos.

Publicado recentemente na revista Naturezao trabalho comparou o ADN de macacos sem cauda e humanos com macacos com cauda e encontrou uma inserção de DNA compartilhada por macacos e humanos, mas ausente em macacos. Quando a equipe de pesquisa projetou uma série de ratos para examinar se a inserção, em um gene chamado TBXafetaram suas caudas, eles encontraram uma variedade de efeitos nas caudas, incluindo alguns ratos que nasceram sem cauda.

“Nosso estudo começa a explicar como a evolução removeu nossas caudas, uma questão que me intriga desde que eu era jovem”, diz o autor correspondente do estudo, Bo Xia, Ph.D., um estudante na época do estudo nos laboratórios de estudo sênior. co-autores Jef D. Boeke, Ph.D., e Itai Yanai, Ph.D. na Escola de Medicina Grossman da NYU. Xia é agora membro júnior da Harvard Society of Fellows e investigador principal do Broad Institute of Fellows. COM e Harvard.

Mais de 100 genes foram ligados por trabalhos anteriores ao desenvolvimento de caudas em vários vertebrados. espécies, e os autores do estudo levantaram a hipótese de que a perda da cauda ocorreu por meio de alterações no código do DNA (mutações) de um ou mais deles. Notavelmente, dizem os autores do estudo, o novo estudo descobriu que as diferenças nas caudas não vieram de mutações TBXT, mas sim da inserção de um fragmento de DNA chamado AluY no código regulador do gene nos ancestrais dos macacos e dos humanos.

Surpresa Profunda

A nova descoberta decorre do processo pelo qual as instruções genéticas são convertidas em proteínas, as moléculas que constituem as estruturas e sinais do corpo. O DNA é “lido” e convertido em material relacionado em ARNe, finalmente, em RNA mensageiro maduro (mRNA), que produz proteínas.

Numa etapa fundamental que produz o mRNA, seções “espaçadoras” chamadas íntrons são cortadas do código, mas antes disso orientam a costura (splicing) apenas das seções de DNA, chamadas exons, que codificam as instruções finais. Além disso, os genomas dos animais vertebrados evoluíram para apresentar splicing alternativo, no qual um único gene pode codificar mais de uma proteína, omitindo ou adicionando sequências de éxons. Além do splicing, o genoma humano tornou-se ainda mais complexo ao evoluir para incluir “incontáveis” interruptores, parte do mal compreendido “matéria escura” que ativa genes em diferentes níveis em diferentes tipos de células.

Ainda outro trabalho mostrou que metade desta “matéria escura” não genética no genoma humano, que se encontra tanto entre os genes como dentro dos intrões, consiste em sequências de ADN altamente repetidas. Além disso, a maioria destas repetições consiste em retrotransposons, também chamados de “genes saltadores” ou “elementos móveis”, que podem se mover e inserir-se repetida e aleatoriamente no código humano.

Macaco da Capa da Natureza

Acredita-se que a perda da cauda em gorilas, chimpanzés e humanos tenha ocorrido há cerca de 25 milhões de anos, quando o grupo evoluiu para longe dos macacos do Velho Mundo. Crédito: Cortesia da Nature (2024)

Reunindo esses detalhes, o “surpreendente” estudo atual descobriu que a inserção do transposon de interesse, Alu Yque afetou o comprimento da cauda, ​​ocorreu aleatoriamente em um íntron dentro do TBX código. Embora não tenha alterado uma parte da codificação, a inserção do íntron, como mostrou a equipe de pesquisa, influenciou o splicing alternativo, algo nunca visto antes, para resultar em uma variedade de comprimentos de cauda. Xia encontrou um Alu Y inserção que permaneceu no mesmo local dentro do TBX gene em humanos e macacos resultou na produção de duas formas de TBX ARN. Um deles, teorizam, contribuiu diretamente para a perda da cauda.

“Essa descoberta é notável porque a maioria dos íntrons humanos carrega cópias de DNAs saltitantes e repetitivos, sem qualquer efeito na expressão genética, mas esta descoberta em particular Alu Y a inserção fez algo tão óbvio quanto determinar o comprimento da cauda”, disse Boeke, Sol e Judith Bergstein Diretor do Instituto de Genética de Sistemas da NYU Langone Health.

Acredita-se que a perda de cauda no grupo de primatas que inclui gorilas, chimpanzés e humanos tenha ocorrido há cerca de 25 milhões de anos, quando o grupo evoluiu para longe dos macacos do Velho Mundo, disseram os autores. Após esta divisão evolutiva, o grupo de macacos que inclui os humanos atuais evoluiu para a formação de menos vértebras caudais, dando origem ao cóccix, ou cóccix. Embora a razão para a perda da cauda seja incerta, alguns especialistas propõem que ela pode ter uma vida mais adequada no solo do que nas árvores.

Qualquer vantagem resultante da perda da cauda foi provavelmente poderosa, dizem os pesquisadores, porque pode ter acontecido apesar de ter um custo. Os genes influenciam frequentemente mais do que uma função no corpo, pelo que as alterações que trazem uma vantagem num local podem ser prejudiciais noutro. Especificamente, a equipe de pesquisa encontrou um pequeno aumento nos defeitos do tubo neural em camundongos com a inserção do estudo no TBX gene.

“Experiências futuras testarão a teoria de que, num antigo compromisso evolutivo, a perda de uma cauda em humanos contribuiu para os defeitos congénitos do tubo neural, como os envolvidos na espinha bífida, que são vistos hoje em um em cada mil neonatos humanos. ”, disse Yanai, também do Instituto de Genética de Sistemas.

Referência: “Na base genética da evolução da perda de cauda em humanos e macacos” por Bo Xia, Weimin Zhang, Guisheng Zhao, Xinru Zhang, Jiangshan Bai, Ran Brosh, Aleksandra Wudzinska, Emily Huang, Hannah Ashe, Gwen Ellis, Maayan Pour , Yu Zhao, Camila Coelho, Yinan Zhu, Alexander Miller, Jeremy S. Dasen, Matthew T. Maurano, Sang Y. Kim, Jef D. Boeke e Itai Yanai, 28 de fevereiro de 2024, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07095-8

Além de Xia, Boeke e Yanai, outros autores do estudo Langone da NYU foram Weimin Zhang, Guisheng Zhao, Ran Brosh, Aleksandra Wudzinska, Emily Huang, Hannah Ashe, Gwen Ellis, Maayan Pour, Yu Zhao, Camila Coelho, Yinan Zhu, Alexander Miller , Jeremy Dasen, Matthew Maurano e Sang Yong Kim. O trabalho de engenharia de ratos foi apoiado pelo Laboratório de Engenharia Genética de Roedores da NYU Langone Health (RGEL), liderado pelo Dr. O estudo foi financiado pelo fundo de pesquisa NYU Langone e Instituto Nacional de Saúde concede RM1HG009491, P01AG051449, DP5OD033430 e R35GM119703, e pela bolsa de pré-doutorado NYSTEM C322560GG.



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