Os centrômeros têm o mesmo propósito fundamental em quase todas as formas de vida. Esses trechos de DNA garantem que os cromossomos se separem corretamente durante a divisão celular. Apesar deste papel comum, os centrímeros diferem dramaticamente em estrutura. Alguns organismos têm grandes extensões de DNA repetitivo, enquanto as leveduras usam versões muito pequenas e simples, conhecidas como centrômeros “pontuais”. Esta surpreendente diversidade, combinada com o facto de os centrómeros evoluírem rapidamente, tem intrigado os cientistas durante décadas.
Uma equipe de pesquisa liderada por Andrea Musacchio, diretor do Instituto Max Planck de Fisiologia Molecular em Dortmund, juntamente com Jeff Bucke da Escola de Medicina Grossman da Universidade de Nova York, descobriu a origem e a história evolutiva dos centrômeros de levedura. Os cientistas identificaram o que descrevem como um centrômero “protoponto”, uma forma intermediária que conecta os minúsculos centrômeros de levedura de hoje aos seus ancestrais mais complexos. Estas versões anteriores continham fragmentos de DNA parasitário. A descoberta destaca um dos exemplos mais dramáticos de mudança evolutiva ao nível do DNA.
Paradoxo do centrômero
Os centrômeros são locais específicos nos cromossomos onde a maquinaria celular se liga durante a divisão celular. Este mecanismo separa cada cromossomo para que as duas novas células-filhas recebam o material genético correto. Devido a esse papel, os centrômeros são importantes para a segregação precisa dos cromossomos em todas as células em divisão, desde leveduras até humanos.
Embora a maquinaria celular responsável pela segregação cromossómica tenha permanecido altamente conservada ao longo da evolução, o ADN encontrado nos centrómeros muda notavelmente rapidamente. Os cientistas chamam esse padrão intrigante de “paradoxo do centrômero”. A levedura é um dos exemplos mais marcantes deste fenómeno porque os seus centrímeros são invulgarmente pequenos e bem definidos. Num novo estudo, investigadores do Instituto Max Planck e da Universidade de Nova Iorque encontraram a primeira explicação mecanicista de como estes centrómeros de levedura distintos evoluíram e determinaram as suas origens genéticas.
Uma descoberta chave na evolução da levedura
O primeiro autor, Max Haase, explica as novas descobertas em detalhes na entrevista a seguir.
Que descoberta você fez?
Nosso trabalho explica como uma característica muito importante do cromossomo – o centrômero – apareceu na levedura de cerveja. Na levedura, eles são notavelmente pequenos e precisos – uma estranheza surpreendente na árvore da vida que tem confundido os biólogos cromossômicos há décadas. Neste trabalho, mostramos um provável passo intermediário em sua evolução e rastreamos de onde veio originalmente o DNA desses centrômeros especiais.
Por que é tão emocionante?
Descobrimos centrômeros até então desconhecidos em uma espécie de levedura relacionada que aparece a meio caminho entre os centrômeros grandes e ricos em repetições e os minúsculos na levedura de cerveja. O DNA nesses centrômeros está associado a uma classe de “genes saltadores” (pedaços móveis de DNA) chamados retrotransposons, sugerindo que esses elementos forneceram a matéria-prima que a evolução transformou em centrômeros de levedura modernos. Isto fornece uma explicação genética específica de como a levedura adquiriu este tipo incomum de centrômero.
Por que suas descobertas são importantes para a comunidade científica?
Os centrômeros de levedura foram os primeiros centrômeros cuja sequência funcional de DNA foi isolada e trabalhada em detalhes, começando com o trabalho de Clark e Carbone no início dos anos 1980, mas como esses centrômeros minúsculos e bem definidos poderiam ter evoluído permanece um mistério. Ao mostrar como um tipo de centrómero pode ser reconstruído a partir de outro, o nosso trabalho resolve esta questão de longa data e mostra como pedaços de ADN “egoísta” ou parasita podem ser domesticados e transformados no ADN do qual as células agora dependem para organizar os seus cromossomas. Isso fornece um exemplo concreto de como a maior parte de um cromossomo pode ser completamente reestruturada no curso da evolução, reaproveitando o DNA que antes parecia “lixo” genômico.
Quais próximos passos você dará?
A seguir, queremos entender como o cinetocoro – a máquina proteica que reconhece os centrômeros – pode acomodar mudanças tão dramáticas no DNA do centrômero ao longo do tempo evolutivo. Como parte disso, abordamos a questão em aberto de como os centrômeros montam o cinetocoro. Também estamos procurando casos adicionais em que os transposons tenham sido reutilizados para construir estruturas cromossômicas, como centrômeros, para ver quão comum é esse tipo de inovação genômica.
