Das lesmas à saliva em nossas bocas, muitos fluidos corporais escorregadios contêm muco. Então, como essa maravilha da biologia evoluiu?
Pela Universidade de Buffalo com informações de Phys.
um novo estudo detalha as proteínas chamadas mucinas. Essas moléculas têm uma variedade de funções, mas como uma família, são conhecidas como componentes do muco, onde contribuem para a consistência pegajosa da substância.
Através de uma comparação de genes de mucina em 49 espécies de mamíferos, os cientistas identificaram 15 casos em que novas mucinas parecem ter evoluído através de um processo aditivo que transformou uma proteína não mucina em mucina.
Os cientistas propõem que cada um desses eventos de “mucinização” começou com uma proteína que não era uma mucina. Em algum momento, a evolução colocou uma nova seção nessa base não mucina: uma que consiste em uma pequena cadeia de blocos de construção chamados aminoácidos que são decorados com moléculas de açúcar. Com o tempo, essa nova região foi duplicada, com várias cópias adicionadas para alongar ainda mais a proteína, tornando-a uma mucina.
As regiões duplicadas, chamadas de “repetições”, são fundamentais para a função de uma mucina, dizem os pesquisadores da Universidade de Buffalo, Omer Gokcumen e Stefan Ruhl, os principais autores do estudo, e Petar Pajic, o primeiro autor.
Os açúcares que cobrem essas seções se projetam para fora como as cerdas de uma escova de garrafa e conferem às mucinas a propriedade viscosa que é vital para muitas tarefas importantes que essas proteínas realizam.
A pesquisa foi publicada em 26 de agosto na Science Advances.
“Acho que não se sabia anteriormente que a função da proteína pode evoluir dessa maneira, a partir de uma proteína ganhando sequências repetidas. Uma proteína que não é uma mucina se torna uma mucina apenas ganhando repetições. Essa é uma maneira importante pela qual a evolução torna o lodo É um truque evolutivo, e agora documentamos isso acontecendo repetidamente”, diz Gokcumen, Ph.D., professor associado de ciências biológicas na Faculdade de Artes e Ciências da UB.
“As repetições que vemos nas mucinas são chamadas de ‘repetições PTS’ por seu alto teor de aminoácidos prolina, treonina e serina, e ajudam as mucinas em suas importantes funções biológicas que vão desde lubrificar e proteger as superfícies dos tecidos até ajudar a tornar nossa comida escorregadia para que possamos engoli-lo”, diz Stefan Ruhl, DDS, Ph.D., reitor interino da Faculdade de Medicina Dentária da UB e professor de biologia oral. “Os micróbios benéficos evoluíram para viver em superfícies revestidas de muco, enquanto o muco pode, ao mesmo tempo, atuar como uma barreira protetora e se defender contra doenças, protegendo-nos de intrusos patogênicos indesejados”.
“Poucas pessoas sabem que a primeira mucina que foi purificada e caracterizada bioquimicamente veio de uma glândula salivar”, acrescenta Ruhl. “Meu laboratório vem estudando mucinas na saliva nos últimos 30 anos, principalmente porque protegem os dentes da cárie e porque ajudam a equilibrar a microbiota na cavidade oral”.
A intrigante evolução de um ‘incrível traço de vida’
“Acho que este artigo é realmente interessante”, diz Gokcumen. “É um daqueles momentos em que tivemos sorte. Estávamos estudando saliva, e então encontramos algo interessante e legal e decidimos investigar.”
Enquanto estudava a saliva, a equipe notou que uma pequena mucina salivar em humanos chamada MUC7 não estava presente em camundongos. Os roedores, no entanto, tinham uma mucina salivar de tamanho semelhante chamada MUC10. Os cientistas queriam saber: essas duas proteínas estavam relacionadas de uma perspectiva evolutiva?
A resposta foi não. Mas o que a pesquisa descobriu a seguir foi uma surpresa. Embora o MUC10 não pareça estar relacionado ao MUC7, uma proteína encontrada nas lágrimas humanas chamada PROL1 compartilha uma parte da estrutura do MUC10. O PROL1 se parecia muito com o MUC10, menos as repetições de escova de garrafa revestidas de açúcar que tornam o MUC10 uma mucina.
“Achamos que de alguma forma esse gene lacrimal acaba sendo reaproveitado”, diz Gokcumen. “Ele ganha as repetições que lhe dão a função de mucina, e agora é abundantemente expresso na saliva de camundongos e ratos”.
Os cientistas se perguntaram se outras mucinas poderiam ter se formado da mesma maneira. Eles começaram a investigar e descobriram vários exemplos dos mesmos fenômenos. Embora muitas mucinas compartilhem ancestralidade comum entre vários grupos de mamíferos, a equipe documentou 15 casos em que a evolução parecia ter convertido proteínas não mucinas em mucinas através da adição de repetições PTS.
E isso foi “com uma aparência bastante conservadora”, diz Gokcumen, observando que o estudo se concentrou em uma região do genoma em algumas dezenas de espécies de mamíferos. Ele chama o lodo de “traço de vida incrível” e está curioso para saber se o mesmo mecanismo evolutivo pode ter impulsionado a formação de algumas mucinas em lesmas, enguias e outras criaturas. Mais pesquisas são necessárias para encontrar uma resposta.
“Como novas funções de genes evoluem ainda é uma pergunta que estamos fazendo hoje”, diz Pajic, um UB Ph.D. estudante de ciências biológicas. “Assim, estamos acrescentando a esse discurso, fornecendo evidências de um novo mecanismo, onde ganhar sequências repetidas dentro de um gene gera uma nova função”.
“Acho que isso pode ter implicações ainda mais amplas, tanto na compreensão da evolução adaptativa quanto na possível explicação de certas variantes causadoras de doenças”, acrescenta Pajic. “Se essas mucinas continuarem evoluindo de não-mucinas repetidamente em diferentes espécies em diferentes momentos, isso sugere que há algum tipo de pressão adaptativa que as torna benéficas. E então, no outro extremo do espectro, talvez se isso mecanismo vai ‘fora dos trilhos’ – acontecendo demais, ou no tecido errado – então talvez possa levar a doenças como certos cânceres ou doenças das mucosas.”
O estudo sobre mucinas demonstra como uma parceria de longa data entre biólogos evolucionistas e pesquisadores odontológicos da UB está gerando novos insights sobre genes e proteínas que também são importantes para a saúde humana.
“Minha equipe tem estudado mucinas por muitas décadas, e minha colaboração com o Dr. Gokcumen trouxe esta pesquisa para um novo nível, revelando todos esses novos insights em sua genética evolutiva”, diz Ruhl. “Neste estágio avançado da minha carreira, também é imensamente gratificante ver que a chama da curiosidade científica está sendo conduzida por uma nova geração de jovens pesquisadores como Petar Pajic.”
Mais informações: Petar Pajic et al, A mechanism of gene evolution generating mucin function, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abm8757. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm8757
