Adaptação em ritmo acelerado

Mutações vantajosas –aquelas que aumentam as chances de sobrevivência e reprodução de seu portador—surgem muito rapidamente em populações de moscas expostas a inseticidas. O que explica a velocidade desse processo? Por que a adaptação pode ocorrer tão rapidamente?

Nas útimas décadas inseticidas vêm sendo usados cada vez mais na agricultura, entre eles os organofosforados. Largamente usados em todo o mundo, eles foram desenvolvidos para atacar espécies que causam prejuízos, mas também são tóxicos para aquelas que não atacam plantações, como é o caso da mosca das frutas Drosophila melanogaster. O uso de inseticidas resulta num fascinante experimento de seleção natural, em que moscas que carregam mutações que conferem resistência ao inseticida tornam-se cada vez mais comuns. Tratamos da evolução de resistência a pesticidas num post anterior, em que a diversidade de mecanismos de resistência é discutida. Continue Lendo “Adaptação em ritmo acelerado”

Cerveja, civilização e genes

Um dos provérbios mais antigos conhecido exime o álcool de qualquer responsabilidade em caso de acidentes: A cerveja está bem, o que está mal é o caminho (Mesopotâmia, século II a.C). A veneração pelo álcool na Mesopotâmia é a regra e não a exceção na história da humanidade. Embora o álcool represente hoje um grave problema social e de saúde pública, ele foi fundamental para o desenvolvimento da civilização, nos ajudando a construir cidades e impérios, superar epidemias e aperfeiçoar o processo democrático. Continue Lendo “Cerveja, civilização e genes”

Law & Order: Unidade de Insetos Especiais

Em 29 de dezembro de 2017, após 17 anos encarcerada em Nevada por um assassinato que não cometeu, Kirstin Lobato foi finalmente inocentada por moscas varejeiras, ou melhor, pela ausência dessas moscas em um corpo. Lobato havia sido condenada por um horrível assassinato de um sem-teto, cujo corpo foi encontrado atrás de uma lixeira em Las Vegas. Apesar de uma cena de crime rica em evidências, os detetives do caso ignoraram pistas óbvias, concentrando sua investigação em Lobato, na época com 18 anos, com base apenas em boatos, como revelado em uma matéria da mídia independente The Intercept. Lobato foi inocentada com a ajuda da entomologia forense, que é a aplicação de conhecimento biológico de insetos –e  outros artrópodes– na investigação criminal. Continue Lendo “Law & Order: Unidade de Insetos Especiais”

As cesarianas estão influenciando a nossa evolução?

O parto humano traz riscos para a mãe e para o feto. Uma das causas é a possibilidade de o feto ser grande demais para a bacia da mãe. Por que a evolução não favoreceu uma anatomia segura, na qual o risco de obstrução seja baixo?

Um parto saudável envolve a confluência de muitos fatores, incluindo a boa saúde da mãe, o desenvolvimento apropriado do feto e sua posição dentro útero. Há ainda um fator crítico de natureza mecânica: é preciso que as dimensões da cabeça e dos ombros do feto sejam menores do que a abertura da pelve (ou bacia) da mãe, permitindo que o parto ocorra sem nenhuma obstrução. Quando o feto tem uma cabeça maior do que a abertura da pelve materna, dizemos que há uma desproporção cefalopélvica. Nesses casos, há grande chance de haver uma obstrução, impedindo que as contrações uterinas expulsem o bebê através da pelve. Isso representa um grande risco para o bebê, que pode ficar sem oxigênio, o que pode levar inclusive à sua morte. Esse cenário também traz riscos para a mãe, que tem chances aumentadas de padecer de infecções, de ruptura uterina e de hemorragias pós-parto. Continue Lendo “As cesarianas estão influenciando a nossa evolução?”

O inverno está aqui: os mortos-vivos do mundo real

Se você faz parte do mundo dos vivos, está em um dos dois grupos: ou está discutindo possíveis teorias para o final da série de televisão “Game of Thrones”, ou fica completamente perdido nas discussões que misturam intrigas políticas e guerras medievais com criaturas fantásticas como lobos gigantes, corvos de três olhos, dragões, gigantes, crianças da floresta, Os Outros e mortos-vivos. Fã da série ou não, provavelmente já ouviu a frase: “o inverno está chegando” (do inglês “Winter is coming”), representando a aproximação dos mortos-vivos vindos das áreas mais geladas do continente fictício. O quão distante está a ficção do mundo real quando falamos dos mortos-vivos (zumbis) e de seu controle pelos Outros? Continue Lendo “O inverno está aqui: os mortos-vivos do mundo real”

A genética pode ser uma arma política?

Apesar de não ser algo sempre visível para nós, a ciência molda e é moldada pelos interesses de sua época.

Nos dias de hoje fala-se muito em ideologia. Do que se trata? Ideologias são visões de mundo que ajudam a legitimar o estado das coisas vigente — e consequentemente o controle do poder. As ideologias são conjuntos de ideias que reforçam e propagam visões de mundo. Se aceitas largamente, ideologias justificam determinadas condutas. A ideologia que tiver tido mais sucesso em ocupar o imaginário da população dará subsídio para a visão política que a acompanha. Continue Lendo “A genética pode ser uma arma política?”

Uma nova luz sobre o papel da serotonina na herança

Cientistas descobrem que a serotonina está diretamente envolvida em mudanças epigenéticas no DNA, abrindo novos caminhos para o entendimento da relação entre DNA, o comportamento humano, e transtornos psiquiátricos.

Uma das coisas mais fascinantes, para mim, é pensar que dentro da maioria das nossas células, precisamente dentro do núcleo das nossas células diploides, possuímos aproximadamente 2 metros de DNA. Se considerarmos que o corpo humano possui uma média de 50 trilhões de células, cada um(a) de nós carrega diariamente algo em torno de 100 trilhões de metros de DNA, o equivalente a 300 vezes a distância entre a Terra e o Sol, ou a 2,5 milhões de voltas ao redor do globo! Ainda mais interessante é pensar que, em mamíferos, o tamanho do núcleo varia entre 11 e 22µm (um µm é um milionésimo do metro). Como é possível colocarmos tanto DNA dentro de estruturas tão pequenas como o núcleo celular?

A principal estratégia que evoluiu em nossas células para compactar os 2 metros de DNA dentro do núcleo é enrolá-lo em proteínas, e as principais proteínas utilizadas por células nucleadas, tais como as nossas, são as histonas. Pares de histonas H2A, H2B, H3 e H4 se unem para formar o cerne da estrutura primária de compactação do nosso DNA, o nucleossoma (Figura 1). O DNA dá aproximadamente duas voltas em torno desse conjunto de histonas, e cada núcleo possui centenas de milhares de nucleossomas. Essa é apenas a primeira etapa de compactação do DNA dentro do núcleo celular. Veja aqui mais detalhes a respeito de outras estratégias que evoluíram em nossas células para compactar o DNA.

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Figura 1 – Estrutura do nucleossoma. Histonas H2A, H2B, H3 e H4 compõe o centro do nucleossomo, ao redor do qual o DNA dá duas voltas. [Fonte: Modificado de Richard Wheeler (Zephyris) – English Wikipedia, CC BY-SA 3.0].
Mas as histonas não estão apenas no cerne dos nossos nucleossomas. Desde o início da década de 1950, a íntima relação das histonas com o DNA sugeriu um papel importante  dessas proteínas na modificação de certas propriedades do DNA. Quatorze anos mais tarde, Allfrey e colaboradores sugeriram pela primeira vez que modificações químicas das histonas, como acetilação e metilação, eram possíveis mecanismos pelos quais essas proteínas influenciavam propriedades do DNA, facilitando ou interferindo no acesso ao DNA pela maquinaria celular. Hoje sabemos que essas proteínas são importantes componentes dos mecanismos envolvidos no que chamamos de herança epigenética. Herança epigenética é qualquer herança que não envolve mudanças na sequência de nucleotídeos do DNA, e sim na forma como o organismo utiliza a informação genética ali presente. Na herança epigenética herdamos padrões de expressão gênica. Isso explica, por exemplo, como a partir do mesmo DNA presente em todas as nossas células, produzimos os mais de 200 tipos celulares distintos que compõem o nosso corpo.

Hoje conhecemos diversos mecanismos de herança epigenética, dentre os quais a modificação das histonas é um dos principais. Nas últimas décadas, começamos a entender o papel desses mecanismos na saúde e na doença. Por exemplo, hoje sabemos que a desregulação epigenética é uma característica comum em vários tipos de câncer, e a possibilidade de modificar os padrões de herança epigenética abre novas oportunidades de tratamento. Sabemos também que alterações epigenéticas estão ligadas ao envelhecimento, a doenças neurodegenerativas e a diabetes, dentre outras doenças.

Um aspecto bastante curioso dos mecanismos de herança epigenética é que eles sofrem influência dos hábitos de vida do organismo. Ou seja, a epigenética provê uma ligação entre os estímulos ambientais aos quais estamos expostos no nosso dia-a-dia e alterações nos padrões de expressão gênica. Um exemplo interessante dessa ligação é a relação entre dieta e longevidade. Hoje acreditamos que a epigenética pode explicar a relação entre o que comemos e o quanto vivemos. Ainda mais curioso é saber que essas alterações epigenéticas podem ser herdadas, mesmo após a remoção do estímulo inicial. Por exemplo, estudos em camundongos sugerem que o condicionamento ao medo, aprendido pelos pais, é herdado na geração seguinte, e a herança desse comportamento aprendido é mediada por modificações nas histonas.

Conhecemos hoje um número significativo de modificações químicas das histonas que influenciam os padrões de expressão gênica, dentre as quais as principais ainda são a metilação e a acetilação. Mas essa semana diversos pesquisadores revelaram uma nova classe de modificações: a serotonilação de histonas, ou seja, a ligação direta entre a serotonina e as histonas. A serotonina é uma molécula fundamental para o funcionamento do sistema nervoso e participa de diversos processos como inibição de comportamentos agressivos, regulação do sono e do apetite. Por muito tempo, a ideia de que a desregulação dos níveis de serotonina estava diretamente ligada a transtornos psiquiátricos, como depressão e ansiedade, foi amplamente aceita pela comunidade médica. No entanto, a relação entre serotonina, depressão e ansiedade não está ainda completamente esclarecida, embora seja inegável que o uso de inibidores seletivos de recaptação de serotonina foi um grande avanço no tratamento desses transtornos. A descoberta de que a serotonina está diretamente envolvida em modificações epigenéticas que resultam em mudanças na utilização do DNA pelas nossas células pode ser a peça que faltava para esse enigma.

A participação da serotonina em mecanismos de herança epigenética não é um fato novo. Já sabemos, por exemplo, que a serotonina é capaz de ativar cascatas de sinalização, mediante ativação do receptor de serotonina, que resultam na remodelação da cromatina, um dos principais mecanismos de herança epigenética (Figura 2a). Serotonilação de proteínas também não é, por si só, um fenômeno novo. Já sabíamos que a serotonina é capaz de se ligar a outras proteínas celulares, alterando o seu funcionamento. Mas essa é a primeira vez que temos evidência de que a serotonina se liga diretamente a histonas, modificando a interação dessas proteínas com o DNA e influenciando os padrões de expressão gênica (Figura 2b). Essa interação ocorre mediante o trânsito de serotonina para o núcleo celular, onde se liga diretamente a histonas (seta, Figura 2b).

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Figura 2 – Papel da serotonina nos mecanismos epigenéticos de (a) remodelação da cromatina e (b) serotonilação de histonas. [Fonte: Modificado de Cervantes & Sassone-Corsi, Nature 2019.
O padrão específico de serotonilação de histonas estudado pelos pesquisadores é observado, de maneira mais significativa, no cérebro e no intestino, dois dos principais órgãos de produção de serotonina no corpo. Os experimentos realizados sugerem também que a serotonilação de histonas leva a um aumento da expressão gênica nas regiões serotoniladas do DNA e que células com histonas mutantes, incapazes de sofrer serotonilação, apresentam padrões distintos de expressão gênica, que resultam em anormalidades na diferenciação celular.

Sem dúvida, ainda temos muito o que aprender a respeito dos mecanismos de herança epigenética e as implicações dessa herança para os processos de saúde e doença. A descoberta da serotonilação de histonas é apenas um exemplo do quanto ainda temos a pesquisar, e quão pouco ainda sabemos sobre a relação entre o nosso comportamento, nossas emoções e modificações epigenéticas.

Como nossas dietas e modos de vida influenciam essa forma de “marcar” o DNA? Como o nosso humor pode influenciar essas “marcações” e como isso pode influenciar o comportamento dos nossos filhos? Qual o papel da serotonilação de histonas nas doenças psiquiátricas? Teremos, agora, uma nova via de tratamento desses transtornos? Que outros efeitos a serotonilação de histonas possui no nosso metabolismo?  Enquanto não temos respostas a todas essas perguntas, sejamos prudentes: tenhamos menos medo e sejamos mais felizes. Talvez assim possamos influenciar positivamente (e epigeneticamente) as futuras gerações!

Ana Almeida

(California State University East Bay)

 

Para saber mais:

Carhart-Harris RL, Nutt DJ. 2017. Serotonin and brain function: a tale of two receptors. J. of Phychopharmacology, 31(9): 1091-1120.

Lacal I, Ventura R. 2018. Epigenetic Inheritance: Concepts, Mechanisms, and Perspectives. Frontiers in Molecular Neuroscience, doi: 10.3389/fnmol.2018.00292.

Lind MI, Spagopoulou F. 2018. Evolutionary consequences of epigenetic inheritance. Heredity, 121: 205-209.

Romanowska J, Joshi A. 2019. From Genotype to Phenotype: Through Chromatin. Genes, 10(2): 76.

Imagem de abertura: AndreaAP96. Wikipedia, CC-BY-SA-4.0.