doi.org/10.1073/pnas.2407461121
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#Sistema Nervoso
Um novo estudo revela que certos canais iônicos existiam antes do primeiro ancestral comum dos animais
Um estudo recente reescreveu a história evolutiva convencionalmente compreendida de proteínas essenciais para a sinalização elétrica no sistema nervoso. Conduzido por pesquisadores da Penn State, o estudo revela que a família bem conhecida de proteínascanais iônicos de potássio na família Shakerexistia em organismos unicelulares microscópicos muito antes do ancestral comum de todos os animais.
Isso sugere que, em vez de evoluir junto com o sistema nervoso como se pensava anteriormente, esses canais iônicos estavam presentes antes da origem do sistema nervoso.
O estudo apareceu no Proceedings of the National Academy of Sciences.
Temos a tendência de pensar na evolução como uma marcha unidirecional em direção a uma complexidade cada vez maior, mas isso geralmente não é o que ocorre no mundo natural, – disse Timothy Jegla, professor associado de biologia na Penn State Eberly College of Science e líder da equipe de pesquisa. Por exemplo, pensava-se que, à medida que diferentes tipos de animais evoluíam e o sistema nervoso se tornava mais complexo, os canais iônicos surgiam e se diversificavam para corresponder a essa complexidade. Mas nossa pesquisa sugere que esse não é o caso. Mostramos anteriormente que os animais vivos mais antigos, aqueles com redes nervosas simples, têm a maior diversidade de canais iônicos. Esta nova descoberta acrescenta evidências crescentes de que muitos dos blocos de construção do sistema nervoso já estavam presentes em nossos ancestrais protozoários antes mesmo de o sistema nervoso existir. –
Entendendo os canais iônicos
Os canais iônicos estão localizados nas membranas das células e regulam como partículas carregadas chamadas íons entram e saem da célula, um processo que resulta nos sinais elétricos que são a base da comunicação no sistema nervoso. A família Shaker de canais iônicos é encontrada em uma grande variedade de animais, de humanos a camundongos e moscas-das-frutas, e regula especificamente como os íons de potássio fluem para fora da célula para encerrar sinais elétricos chamados potenciais de ação. Esses canais podem abrir ou fechar com base em mudanças no campo elétrico, muito parecido com transistores em chips de computador.
Muito do que sabemos sobre como os canais iônicos funcionam em um nível molecular vem de estudos mecanicistas da família Shaker de canais iônicos, – disse Jegla. Anteriormente, pensávamos que a família Shaker de canais de potássio dependentes de voltagem era encontrada apenas em animais, mas agora vemos que os genes que codificam essa família de canais iônicos estavam presentes em várias espécies dos parentes vivos mais próximos dos animais, um grupo de organismos unicelulares chamados coanoflagelados.
Os pesquisadores já haviam procurado esses genes em duas espécies de coanoflagelados, mas não conseguiram encontrá-los. No estudo atual, eles expandiram sua busca para 21 espécies de coanoflagelados e encontraram evidências de genes da família Shaker em três dessas espécies.
Evolução dos tipos de canais iônicos
Várias subfamílias, ou tipos, de canais iônicos dentro da família Shaker, estão presentes em todo o reino animal. A equipe de pesquisa descobriu anteriormente que as águas-vivas de pente, animais com redes nervosas comparativamente simples (que são) consideradas semelhantes aos primeiros sistemas nervosos animais, têm apenas um desses tipos, chamado Kv1. Isso levou a equipe a acreditar que o ancestral comum dos animais provavelmente tinha apenas Kv1, com outros tipos evoluindo mais tarde. No entanto, Jegla e colegas descobriram que os genes da família Shaker em coanoflagelados estavam mais intimamente relacionados aos tipos Kv2, Kv3 e Kv4.
Nós pensávamos que os tipos 2 a 4 eram considerados como tendo evoluído em uma linha do tempo mais recente, mas nosso novo trabalho sugere que os canais semelhantes a Kv2-4 encontrados em coanoflagelados são, na verdade, o subtipo mais antigo,- disse Jegla.
Além disso, essa descoberta indica que vários subtipos estavam presentes na base da árvore genealógica animal, incluindo Kv1, que são encontrados em águas-vivas, e os canais semelhantes a Kv2-4, que são encontrados em coanoflagelados.
Os genes semelhantes a Kv2-4 foram perdidos nos descendentes vivos dos primeiros grupos de animais, como águas-vivas e esponjas, então a única razão pela qual sabemos que eles estavam presentes nos primeiros animais é graças aos coanoflagelados,- acrescentou Jegla. A perda de genes é realmente comum na evolução, quase tão comum quanto a evolução de novos genes, embora possa ser difícil de detectar. Agora que o sequenciamento genético é barato o suficiente para que os cientistas possam amostrar amplamente as espécies, em vez de olhar apenas para algumas espécies representativas, podemos detectar muito mais dessas perdas genéticas e isso mudará nossas visões de quantas de nossas próprias famílias genéticas evoluíram primeiro. –
Este trabalho também acrescenta evidências crescentes de que muitos elementos do sistema nervoso estavam presentes antes que o sistema nervoso como um todo evoluísse, observou Jegla.
A maioria das proteínas funcionalmente importantes que usamos na sinalização elétrica, que fundamentam a comunicação neuronal e o movimento neuromuscular, são todas baseadas em proteínas que existiam antes dos animais, – disse Jegla.Parece que os animais foram capazes de montar um sistema nervoso funcional muito cedo em sua evolução simplesmente porque a maioria das proteínas necessárias já estavam lá.-
Jegla acrescentou que entender como esses canais iônicos evoluíram nos ajuda a entender como eles funcionam e que, por sua vez, pode ter implicações para o tratamento de distúrbios relacionados à disfunção do canal iônico, como arritmias cardíacas e epilepsia.
Publicado em 22/08/2024 10h51
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