Cefalópodes trocam a evolução do genoma pela prolífica edição de RNA
 

BiologiaNeurociênciaCefalópodes “inteligentes” trocam a evolução do genoma pela prolífica edição de RNA

Em comparação com outras espécies, os complexos cefalópodes se desviam mais das instruções escritas em seus genomas.
Diógenes Henrique2 anos atrás12 min

Em comparação com outras espécies, os complexos cefalópodes se desviam mais das instruções escritas em seus genomas. Agora, um estudo sugere que seu caminho evolutivo para a sofisticação neural inclui um mecanismo inovador: prolífica edição de RNA, em detrimento da evolução, em seu genoma.

Os Polvo, as lulas e as sépia são famosos por se envolver em um comportamento complexo, de desbloquear um tanque de aquário e escapar por meio da camuflagem instantânea da pele para se esconder de predadores. Mas uma nova habilidade recém-descoberta está escondida no meio intracelular desses animais.

Na maioria dos organismos, a informação genética é transmitida relativamente fielmente do DNA para o RNA e para as proteínas. Mas os cientistas notaram que alguns cefalópodes — a classe biológica de moluscos que inclui aqueles animais — fazem uso extensivo de enzimas para editar seu próprio RNA, produzindo proteínas que diferem acentuadamente daquelas codificadas pelo DNA.  Isso significa que, enquanto outros animais evoluíram através de mutações frequentes de DNA, os cefalópodes mantiveram um genoma mais estático, adaptando-se ao diversificar suas proteínas através da edição de RNA.

Os pesquisadores, Joshua J.C. Rosenthal, líder do estudo, da Universidade de Tel Aviv e do Laboratório Biológico Marinho (MBL), em Woods Hole, Massachusetts, nos Estados Unidos, e Eli Eisenberg, Noa Liscovitch-Brauer da Universidade de Tel Aviv, publicaram no periódico científico Cell. No artigo, eles defendem que a edição de RNA é particularmente comum nos complexos cefalópodes (choco, lula e polvos) e ocorre mais frequentemente em sequências de RNA associadas à função neural.

A pesquisa baseia-se em descoberta anterior dos cientistas de que a lula exibe uma taxa extraordinariamente alta de edição nas regiões de codificação de seu RNA — particularmente nas células do sistema nervoso — o que tem o efeito de diversificar as proteínas que as células podem produzir. Mais de sessenta por cento dos RNAs transcritos no cérebro de lulas são recodificados por edição, enquanto que em seres humanos ou moscas de fruta, apenas uma fração de 1 por cento de seus RNAs têm um evento de recodificação.

No estudo, os cientistas encontraram similarmente altos níveis de edição de RNA em três outras espécies de cefalópodes “inteligentes” (dois polvos e um choco ou sépia) e identificaram dezenas de milhares de locais de recodificação de RNA evolutivamente conservados nesta classe de cefalópodes, chamada coleoide. A Coleoidea é uma sub-classe da classe Cephalopoda do filo Mollusca, agrupando animais de numerosas espécies.

A edição é especialmente enriquecida no sistema nervoso dos coleoides, descobriram os cientistas, afetando as proteínas que são os principais jogadores na excitabilidade neural e na morfologia neuronal. Em contraste, a edição de RNA no cefalópode mais primitivo Nautilus e no molusco Aplysia ocorre em ordens de magnitude mais baixos do que nos coleoides, descobriram os autores do artigo.

“Isso mostra que altos níveis de edição de RNA geralmente não é uma coisa de moluscos, é uma invenção dos cefalópodes coleoides”, diz Rosenthal. Em mamíferos, pouquíssimos locais de edição de RNA são conservados; esses locais não são pensados para estarem sob a seleção natural. “Há algo fundamentalmente diferente acontecendo nesses cefalópodes, onde muitos dos eventos de edição são altamente conservados e mostram sinais claros de seleção”, diz Rosenthal.

Os cientistas também descobriram uma ligação marcante entre os altos níveis de recodificação de RNA e a evolução genômica nesses cefalópodes. A forma mais comum de edição de RNA é realizada por enzimas ADAR, que exigem grandes estruturas (dsRNA) fortificando os locais de edição. Essas estruturas, que podem abranger centenas de nucleotídeos, são conservadas no genoma coleoide juntamente com os próprios locais de edição. A taxa de mutação genética nessas regiões flanqueadas é fortemente reduzida, relatou os pesquisadores.

“A conclusão aqui é que a fim de manter essa flexibilidade em editar o RNA, os coleoides tiveram que abrir mão da capacidade de evoluir nas regiões próximas — e muito”, disse Rosenthal. “A mutação é comumente pensada como a moeda corrente da seleção natural e estes animais estão surpreendendo isso ao manter a flexibilidade da recodificação ao nível de RNA”.

Rosenthal e seus colegas do Laboratório Biológico Marinho em Woods Hole, Massachusetts, Estados Unidos estão atualmente desenvolvendo modelos de sistemas geneticamente rastreável de cefalópodes para explorar os mecanismos e as consequências funcionais da sua prolífica edição de RNA. “Quando é que eles ligam e sob quais influências ambientais? Pode ser algo tão simples quanto as mudanças de temperatura ou tão complicado quanto a experiência, uma forma de memória”, diz ele.  [EurekAlert]

Referências:

  1. Liscovitch-Brauer et al. Trade-off between transcriptome plasticity and genome evolution in cephalopods. (2017) Cell DOI: 10.1016/j.cell.2017.03.025;
  2. Octopus smarts may come from RNA edits. Nature (2017) https://www.nature.com/articles/d41586-017-00612-y
  3. KENNEY, Diana. ‘Smart’ cephalopods trade off genome evolution for prolific RNA editing.Disponível em: <https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-04/mbl-c040417.php>. Acesso em: 09 abr. 2017.
  4. New Scientist. Squid and octopus can edit and direct their own brain genes. Disponível em: <https://www.newscientist.com/article/2127103-squid-and-octopus-can-edit-and-direct-their-own-brain-genes/>. Acesso em: 09 abr. 2017.