Como receitas preciosas passadas de geração em geração, existem apenas algumas regiões do DNA que a evolução não ousa ajustar. Mamíferos em toda parte compartilham uma variedade dessas sequências codificadas, por exemplo, que permaneceram intocadas por milhões de anos.
Os humanos são uma estranha exceção a este clube. Por alguma razão, receitas há muito preservadas por nossos ancestrais foram repentinamente ‘apimentadas’ dentro de um curto período evolucionário.
Como somos a única espécie em que essas regiões foram reescritas tão rapidamente, elas são chamadas de ‘regiões aceleradas humanas’ (ou HARs). Além do mais, os cientistas acham que pelo menos alguns HARs podem estar por trás de muitas das qualidades que diferenciam os humanos de seus parentes próximos, como chimpanzés e bonobos.
Liderada pela bióloga computacional Katie Pollard, diretora do Gladstone Institute of Data Science and Biotechnology nos Estados Unidos, uma equipe de pesquisadores identificou HARs há quase duas décadas ao comparar genomas humanos e de chimpanzés.
Em um novo estudo, a equipe de Pollard descobriu que o dobramento 3D do DNA humano no núcleo é um fator chave neste momento crucial para nossa espécie.
Imagine um pedaço de DNA de nosso último ancestral comum com os chimpanzés como um longo lenço enrolado em seu pescoço, com listras de várias cores percorrendo todo o seu comprimento.
Agora imagine alguém tentando fazer exatamente o mesmo cachecol, mas não seguiu o padrão original. Algumas das listras são mais estreitas, algumas são mais largas e algumas apresentam cores em uma ordem diferente da original.
Quando você enrola o novo cachecol no pescoço da mesma forma que o original, as listras que ficam uma ao lado da outra no laço não são mais as mesmas.
Como este cachecol, uma grande diferença entre o DNA humano e o do chimpanzé é estrutural: grandes pedaços dos blocos de construção do DNA foram inseridos, excluídos ou reorganizados no genoma humano. Portanto, o DNA humano se dobra de maneira diferente no núcleo em comparação com o DNA de outros primatas.
A equipe de Pollard investigou se essas mudanças estruturais no DNA humano e seu dobramento 3D alterado poderiam ter levado a genes específicos dentro dos HARs sendo “sequestrados”, ligando-os a diferentes genes codificadores de proteínas aos quais foram originalmente aplicados.
Muitos genes dentro dos HARs estão ligados a outros genes, atuando como intensificadores (o que significa que eles aumentam a transcrição do(s) gene(s) vinculado(s).
“Os intensificadores podem afetar a atividade de qualquer gene que esteja próximo, o que pode variar dependendo de como o DNA é dobrado”, disse Pollard.
Em um estudo publicado no início deste ano, a equipe de Pollard criou um modelo sugerindo que as variações rápidas que aparecem nos HARs nos primeiros humanos muitas vezes se opunham, transformando a atividade de um intensificador para cima e para baixo em uma espécie de ajuste genético – um modelo apoiado por suas novas pesquisas.
Para o estudo mais recente, a equipe comparou os genomas de 241 espécies de mamíferos usando machine learning para lidar com uma grande quantidade de dados.
Eles identificaram 312 HARs e examinaram onde eles estão localizados dentro dos ‘bairros’ 3D do DNA dobrado. Quase 30% dos HARs estavam nas regiões do DNA onde as variações estruturais fizeram com que o genoma se dobrasse de maneira diferente em humanos em comparação com outros primatas.
A equipe também descobriu que bairros contendo HARs eram ricos em genes que diferenciam os humanos de nossos parentes mais próximos, os chimpanzés.
Em um experimento que comparou o DNA no crescimento de células-tronco humanas e de chimpanzés, um terço dos HARs identificados foram transcritos especificamente durante o desenvolvimento do neocórtex humano.
Muitos HARs desempenham um papel no desenvolvimento do embrião, especialmente na formação de caminhos neurais associados à inteligência, leitura, habilidades sociais, memória, atenção e foco – características que sabemos serem distintamente diferentes em humanos e em outros animais.
Nos HARs, esses genes intensificadores, inalterados por milhões de anos, podem ter se adaptado a seus diferentes genes-alvo e domínios regulatórios.
“Imagine que você é um intensificador que controla os níveis de hormônios no sangue e, em seguida, o DNA se dobra de uma nova maneira e, de repente, você está sentado ao lado de um gene neurotransmissor e precisa regular os níveis químicos no cérebro em vez de no sangue”, Pollard disse.
“Algo grande acontece como essa mudança maciça no dobramento do genoma, e nossas células precisam corrigi-lo rapidamente para evitar uma desvantagem evolutiva”.
Ainda não entendemos exatamente como essas mudanças impactaram aspectos específicos do desenvolvimento de nosso cérebro e como elas se tornaram parte integrante do DNA de nossa espécie. Embora Pollard e sua equipe já estejam planejando se aprofundar nessas questões.
Mas a pesquisa até agora mostra o quão única – e improvável – a evolução do cérebro humano realmente é.
Publicado em 11/05/2023 20h14
Artigo original:
Estudo original: