A Origem das Espécies Humanas: uma Fusão Cromossômica?

Genética | Ciência

Manuel Ruiz Rejón

Professor de Genética

Tempo 4 para ler

Há cerca de 60 anos, dois pesquisadores, Joe Hin Tjio e Albert Levan , descobriram que o número de cromossomos (cariótipo) em humanos era de 46 cromossomos, ou seja, 23 pares e não 48 como se pensava anteriormente (1). A chave para essa descoberta foi a introdução de uma série de melhorias nas técnicas de cultura aplicadas aos fibroplastos humanos , especialmente no que diz respeito ao tratamento com colchicina, que interrompe a divisão celular em um estágio apropriado para a observação dos cromossomos. Isso é conhecido como a metáfase, durante a qual os cromossomos são contraídos para que possam ser vistos adequadamente através de um microscópio. Curiosamente, essas mesmas melhorias foram usadas nos anos seguintes para determinar que nossos ancestrais mais próximos (grandes símios, como chimpanzés, bonobos, gorilas ou orangotangos) possuíam 48 cromossomos. Como e quando essa mudança no número de cromossomos aconteceu? Acima de tudo, que papel essa diferença teve na origem de nossa espécie? As últimas descobertas em técnicas de análise genética estão fazendo um grande progresso na solução dessas duas questões.

Imagem: Levan y HJ Tjio / Fonte: Nature Reviews Genetics

Fusão cromossômica: o motivo da diferença

No início da década de 1960, as técnicas citogenéticas ainda não estavam preparadas para estudos comparativos de cromossomos em geral e em primatas, especificamente. As técnicas que foram aperfeiçoadas em uma data posterior para obter padrões de bandas coloridas e inter-bandas nos cromossomos revelaram que o nosso segundo maior cromossomo é o resultado de uma fusão de dois cromossomos pertencentes aos nossos ancestrais evolutivos mais próximos.

Imagem: A primeira célula humana mostrada por Tijo e Levan, que demonstrou que o nosso cariótipo é composto por 46 cromossomos e não por 48 / Fonte: Nature Reviews Genetics

No entanto, não foi até depois da década de 1970 que as técnicas moleculares que permitem a análise direta do DNA nos cromossomos chegaram, antes do que a caracterização em profundidade do rearranjo cromossômico que nos distingue dos grandes símios não foi possível. Assim, foi visto que mais ou menos no centro de nosso cromossomo 2 havia sequências de DNA telomeric e subtelomeric (normalmente presente em apenas uma extremidade dos cromossomos, mas não em áreas internas) (2). Isso deixou claro que a fusão dos dois cromossomos estava completa, isto é, de uma ponta à outra. Hoje em dia, a disponibilidade do genoma humano e do genoma de grandes símios revelou como o conteúdo genético de nosso cromossomo 2 corresponde à soma dos dois cromossomos de nossos ancestrais símios.

Imagem: comparação do padrão de bandas no cromossomo humano 2 (HSA2) e cromossomos 12 e 13 do chimpanzé (PTR12 e PTR13, respectivamente). 2q21; 2q13; 2q11.1 são as regiões do nosso cromossomo 2 que, na área de fusão, correspondem aos cromossomos 12 e 13 do chimpanzé. HSA-Homo Sapiens; Trogloditas PTR-Pan, por exemplo; chimpanzé. / Fonte: Citogenética Molecular.

No entanto, também foi descoberto que a área de fusão que originou nosso cromossomo 2 carece de algumas regiões e sequências que correspondem a áreas subteloméricas presentes nos dois cromossomos fundidos em nossa espécie. Em outras palavras, a fusão deve ter envolvido perda e rearranjo de parte do material genético dos dois cromossomos originalmente separados nos ancestrais que temos em comum com os grandes primatas.

Denisovans, neandertais e grandes símios: quando nos separamos?

Análises atualmente realizadas em genomas de espécies extintas que são diretamente relacionadas a nós, como os Denisovans e os Neandertais, revelam que essas espécies já apresentavam a fusão cromossômica que originou o longo cromossomo 2 que é característico do homem (3). Portanto, esse rearranjo dos cromossomos retrocede muito no tempo : estimativas usando vários métodos datam de 0,75 a 4,5 milhões de anos atrás.
 
O fato de os denisovanos e os neandertais terem o mesmo número de cromossomos que nós podemos explicar por que os descendentes de cruzamento inter-específico com nossa espécie eram viáveis ​​e possivelmente férteis. Isso também explicaria por que traços de suas características genéticas permanecem em nosso genoma , como mostrado pela análise genômica comparativa das três espécies. No entanto, os descendentes hipotéticos de reprodução entre as três espécies de hominídeos mencionados (46 cromossomos) e seus grandes ancestrais símios (48 cromossomos) teriam tido problemas de incompatibilidade cromossômica e provavelmente não seriam viáveis. De fato, nenhum vestígio de características genéticas específicas dos grandes macacos foi encontrado em nosso genoma. Portanto, a fusão cromossômica pode ter funcionado como um mecanismo eficiente para o isolamento reprodutivo que nos isolou dos ancestrais dos grandes símios.
 
Por último, existe a possibilidade de que a fusão cromossômica que originou nosso cromossomo 2 possa ter sido associada ao aparecimento de nossas características distintivas. Assim, vários genes em nosso cromossomo 2 que são encontrados perto da área da fusão cromossômica são expressos mais intensamente em nossa espécie do que nos grandes símios. Esses genes são expressos, sobretudo, em tecidos e órgãos altamente significativos, como o cérebro e as gônadas (4). Em segundo lugar, a perda de certas sequências de DNA que ocorreram como resultado da fusão pode ter tido efeitos “positivos” em nossos ancestrais.
 
Para finalmente esclarecer o que ocorreu no rearranjo cromossômico tão característico de nossa espécie, nos próximos anos teremos que tentar obter o DNA de espécies extintas que são mais velhas que o Homo Erectus ou o Homo Heidelbergensis , determinando assim se a fusão está associada a todas as linhagens "humanas"; ou realizar uma análise comparativa aprofundada da área de fusão do nosso cromossomo 2 e das áreas subteloméricas dos dois grandes cromossomos de macaco envolvidos na fusão, o que ainda não foi possível.

Manuel Ruiz Rejón

Universidade de Granada, Universidade Autônoma de Madri

Referências:

1. J. Tjio e A. Levan. 1956. O número cromossômico do homem. Hereditas, 42 (1-2): 1-6.
2. W. Ijdo et al.1991. Origem do cromossomo humano 2: uma fusão ancestral telômero-telômero. PNAS, 88: 9051-9056.
3. Meyer et al. 2012 Sequência do genoma de alta cobertura de um indivíduo denisovano arcaico. Science 338: 222-226; KH Miga. 2016. Sequências Centroméricas Específicas dos Cromossomos fornecem um estímate do evento Ancestral Chromosome 2 Fusion no Hominin Genome.Journ. da hereditariedade. 1-8. Doi: 10.1093 / jhered / esw039.
4. Portal GTEx, http://www.gtexportal.org/home.