Como os nematóides distantemente relacionados ao mais estudado, Caenorhabditis elegans, fazem seu intestino, já que os genes responsáveis por especificar o intestino em C. elegans estão ausentes em outros nematóides?
Por Universidade da Califórnia – Riverside, com informações de Science Daily.
Se não fosse pela pandemia de COVID-19, uma descoberta importante sobre o desenvolvimento de nematóides – vermes cilíndricos alongados – poderia não ter sido feita.
Com a maioria das aulas e reuniões em universidades e escolas transferidas para a Internet em 2020-2021, uma equipe de pesquisa da Universidade da Califórnia, Riverside, finalmente encontrou algum tempo para explorar uma questão sobre a qual vinham refletindo há muito tempo: Como os nematóides distantemente relacionados ao mais estudado, Caenorhabditis elegans, fazem seu intestino, já que os genes responsáveis pela especificação do intestino em C. elegans estão ausentes em outros nematóides?
“A pandemia liberou algum tempo para pensarmos em quais pesquisas gostaríamos de avançar quando a pandemia diminuísse”, disse Morris Maduro, professor de biologia molecular, celular e de sistemas e autor correspondente do estudo publicado na Development , um jornal. “Felizmente, um experimento que conduzimos gerou um resultado surpreendente. Acontece que uma rede de genes mais simples parece estar envolvida na especificação do intestino em nematóides relacionados a C. elegans. Uma espécie ancestral de C. elegans parece ter duplicado e expandido essa rede genética mais simples para fazer uma que seja mais complicada, e essa rede complicada é a que temos estudado todo esse tempo em C. elegans .”
Devido, em parte, à rapidez com que se desenvolve, C. elegans é um dos organismos modelo mais amplamente utilizados nas disciplinas biológicas, especialmente no estudo de como os genes orquestram o desenvolvimento. Com cerca de um milímetro de comprimento, o C. elegans vive como um necrófago no solo, onde se alimenta de micróbios, como bactérias, encontrados em alimentos estragados. O nematóide é macho ou hermafrodita (com órgãos reprodutores masculinos e femininos) e tem vida livre. Não é um parasita humano nem de plantas e não infecta ou prejudica nenhum organismo conhecido pelos cientistas.
Maduro, atualmente chefe do Departamento de Biologia Molecular, Celular e de Sistemas, estuda o C. elegans e outros nematoides há mais de duas décadas. Ele explicou que os nematóides têm uma anatomia simples. O sistema digestivo é um único órgão, o intestino, e em C. elegans é feito dos descendentes de uma única célula no embrião inicial, chamada E.
“Nós e outros descobrimos há cerca de 20 anos que a rede de genes que faz com que a célula E se torne o progenitor do intestino envolve vários genes que estão todos relacionados a uma família de fatores de transcrição chamados fatores GATA”, disse Maduro.
Usando C. elegans , o laboratório de Maduro há muito estuda como os fatores de transcrição, que são proteínas que ativam a expressão de genes, funcionam em embriões de animais primitivos.
“Os fatores de transcrição funcionam no que chamamos de redes gênicas, que são importantes em biologia não apenas para o desenvolvimento de plantas e animais, mas também para como os organismos respondem a mudanças em seu ambiente e até como as células cancerígenas mudam suas propriedades dentro dos tumores”, disse Maduro. disse.
Ele explicou que as proteínas nos organismos vivos podem ser consideradas parte de um conjunto de ferramentas genéticas.
“Imagine uma caixa de ferramentas com ferramentas como martelos, chaves de fenda e furadeiras”, disse ele. “Você pode usar as mesmas ferramentas para fazer uma estante ou construir uma casa. Embora uma estante pareça diferente de uma casa, elas podem ser construídas com o mesmo kit de ferramentas. Da mesma forma, as formas de vida encontram várias maneiras de usar proteínas, as ferramentas genéticas que são os produtos dos genes. Com o tempo, no entanto, diferentes genes são ativados para fazer com que as células desempenhem certas funções em um animal ou planta. As redes de genes resultantes envolvem diferentes maneiras de usar os mesmos tipos de fatores de transcrição.”
Maduro e sua esposa, Gina Broitman-Maduro, descobriram que os genes que estudaram por muitos anos em C. elegans que especificavam o intestino estavam ausentes na maioria dos outros nematóides, deixando-os se perguntando como o intestino é feito nesses nematóides.
“No final de 2021, quando a pandemia estava diminuindo, decidimos examinar um parente distante de C. elegans , chamado C. angaria , para ver se conseguíamos descobrir como ele produz seu intestino”, disse Maduro. “Foi um experimento de longo prazo, pois não esperávamos descobrir. No entanto, em questão de poucos meses, descobrimos que os muitos fatores GATA em C. elegans eram apenas um único fator em C. angaria . Este único fator, ELT-3, realmente existe em C. elegans , mas não tem a mesma função.”
Em C. elegans, sabe-se que o fator ELT-3 está envolvido nas respostas ao estresse e sua função é substituída pela função de dois outros genes, END-1 e END-3. Assim como em C. angaria quando o ELT-3 é deletado, o intestino em C. elegans não pode se formar quando ambos END-1 e END-3 estão ausentes.
“Essencialmente, estamos olhando para um sistema biológico que retém uma rede mais simples de um período anterior da evolução – provavelmente de 20 a 50 milhões de anos atrás – e podemos compará-lo a uma versão mais complexa que evoluiu a partir dele”, disse Maduro. . “Observando o interior das células, podemos entender como a maquinaria do desenvolvimento mudou ao longo do tempo. É como se tivéssemos uma máquina do tempo para olhar para os ancestrais do C. elegans e entender como a evolução resultou em uma versão de uma rede genética para mudar para outro sem alterar significativamente a aparência do verme. As mudanças são internas e acontecem ‘sob o capô’ e oferecem uma oportunidade extraordinária para entender como a natureza encontra diferentes maneiras de chegar ao mesmo ponto final.”
Para garantir que estavam no caminho certo, Maduro e Broitman-Maduro conseguiram forçar a proteína C. angaria ELT-3 a ser expressa na hora e no local certos em C. elegans . Eles mostraram que poderia especificar o intestino.
“Quando as pessoas pensam em genes que sofrem mudanças ao longo do tempo evolutivo, elas pensam em uma planta ou animal fazendo algo diferente – ou seja, os genes mudam para que o animal seja maior, ou mais rápido, ou possa fazer algo que outra espécie não pode, como resistir a algum patógeno ou crescer sob condições ambientais mais severas”, disse Broitman-Maduro, primeiro autor do trabalho de pesquisa e especialista associado do laboratório Maduro. “Aqui, a mudança na rede genética não parece fazer nada fundamentalmente diferente: a anatomia e o desenvolvimento de espécies distantemente relacionadas, C. angaria , são quase indistinguíveis de C. elegans .”
Uma questão que Maduro e Broitman-Maduro estão investigando agora é por que, em comparação com outros nematóides, C. elegans precisaria de uma rede genética mais complicada para especificar o intestino.
“Uma de nossas ideias é que a nova rede permite que C. elegans se desenvolva mais rapidamente, e estamos tentando examinar essa ideia com mais detalhes”, disse Maduro. “Agora que sabemos o que especifica o intestino nesses nematóides distantemente relacionados, planejamos investigar se esse mecanismo é ainda mais amplamente conservado, observando uma espécie mais distante, Pristionchus pacificus”.
Maduro e Broitman-Maduro se juntaram à pesquisa de Simo Sun e Taisei Kikuchi, da Universidade de Tóquio, no Japão, que forneceram uma sequência atualizada do genoma de C. angaria usada no estudo.
Fonte da história:
Materiais fornecidos pela University of California – Riverside . Original escrito por Iqbal Pittalwala.
Referência do periódico :
Gina Broitman-Maduro, Simo Sun, Taisei Kikuchi, Morris F. Maduro. The GATA factor ELT-3 specifies endoderm in Caenorhabditis angaria in an ancestral gene network. Development, 2022; 149 (21) DOI: 10.1242/dev.200984
