An Ancient, Structurally Conserved Allorecognition Gene Complex Predates the Divergence of Major Cnidarian Lineages
Este estudo demonstra que o complexo de genes de aloreconhecimento (ARC) em hidrozários é estrutural e sintênicamente conservado entre as principais linhagens de cnidários, fornecendo evidências de que este sistema precede a divergência dos cnidários e pode ser homólogo ao complexo principal de histocompatibilidade (MHC) de vertebrados.
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Nos povoados subaquáticos lotados do oceano, onde o espaço é um recurso escasso, viver juntos exige um código de conduta rigoroso. Para muitos animais marinhos simples, a capacidade de distinguir um vizinho de um estranho é uma questão de vida ou morte. Essa habilidade biológica, conhecida como aloreconhecimento, permite que uma colônia de indivíduos minúsculos e conectados decida se deve se fundir com um grupo próximo ou combatê-lo. Se os vizinhos forem reconhecidos como "próprios" (self), as colônias se fundem em uma única entidade maior. Se forem "não-próprios" (non-self), a colônia lança um ataque defensivo usando células urticantes especializadas. Este sistema é notavelmente semelhante aos sistemas imunológicos encontrados em animais mais complexos, incluindo os humanos, que dependem de um conjunto de genes chamado complexo principal de histocompatibilidade para distinguir amigo de inimigo. Cientistas há muito se perguntam se esses dois sistemas, separados por centenas de milhões de anos de evolução, compartilham um ancestral comum ou se evoluíram independentemente.
Uma equipe de pesquisadores partiu para resolver este mistério examinando profundamente os projetos genéticos de várias espécies de cnidários, o filo que inclui águas-vivas, corais e hidroides. Eles se concentraram em um grupo específico de hidroides, incluindo o bem estudado Hydractinia, que vive em conchas de caranguejos eremitas e é conhecido por possuir um aglomerado densamente compactado de genes dedicados a essa tarefa de autorreconhecimento. Este agrupamento, chamado de complexo de aloreconhecimento, já havia sido mapeado em Hydractinia, mas não estava claro se esse arranjo genético era uma peculiaridade única dessa única espécie ou uma característica compartilhada por todo o grupo animal. Para descobrir, os pesquisadores recorreram a uma nova e poderosa ferramenta que permite aos cientistas prever a forma tridimensional das proteínas baseando-se apenas em sua sequência genética. Ao comparar as formas dessas proteínas entre diferentes espécies, eles puderam ver conexões que eram invisíveis ao observar apenas o código genético.
Os pesquisadores examinaram os genomas de várias espécies distintas de cnidários, incluindo o hidrozoário Podocoryna, o pólipo de água doce Hydra e a anêmona do mar Nematostella. Usando modelagem computacional avançada, eles geraram previsões estruturais para milhares de proteínas para ver se alguma correspondia à forma única das proteínas de aloreconhecimento conhecidas. Sua busca revelou que esses genes de reconhecimento não são exclusivos de Hydractinia. Em vez disso, encontraram evidências de um grupo de genes semelhante e fortemente ligado em Podocoryna, Hydra e Nematostella. Em cada uma dessas espécies, os genes responsáveis pelo autorreconhecimento foram encontrados agrupados na mesma cromossomo, ocupando uma posição que corresponde à localização do complexo em Hydractinia. Isso sugere que todo o bairro genético para reconhecer o próprio versus o não-próprio foi herdado de um ancestral comum que viveu muito antes de essas diferentes linhagens animais divergirem.
No entanto, a história não é de uma repetição perfeita e imutável. Embora a localização geral desses genes tenha permanecido consistente entre as espécies, o número específico de genes e sua ordem exata variaram significicamente. Por exemplo, o genoma de Podocoryna continha vinte e dois desses genes candidatos espalhados por um trecho de DNA de cerca de 18 milhões de pares de bases, enquanto Hydra tinha apenas dez em uma região similar. Os pesquisadores observaram que espécies com um estilo de vida de natação livre, como a fase de águas-vivas de Podocoryna, pareciam ter menos desses genes em comparação ao Hydractinia, que é estritamente colonial e estacionário. Essa diferença sugere que a pressão para manter uma biblioteca massiva de genes de reconhecimento é mais forte para animais que estão presos em um lugar e competindo constantemente por espaço com seus vizinhos. Quando um animal pode nadar para longe de um conflito, a necessidade evolutiva de um sistema genético tão complexo e diverso pode relaxar, permitindo que alguns desses genes sejam perdidos ao longo do tempo.
O estudo também utilizou essas previsões estruturais para construir uma árvore genealógica das próprias proteínas. A análise mostrou que as proteínas em Podocoryna e Hydractinia são mais próximas entre si do que em relação aos outros grupos, sugerindo que uma expansão específica desses genes ocorreu no ancestral dessas duas espécies. Apesar das diferenças na contagem e no arranjo dos genes, a estrutura central das proteínas permaneceu notavelmente estável. Mesmo que as sequências genéticas tenham mudado o suficiente para serem difíceis de reconhecer usando métodos padrão, as formas tridimensionais das proteínas permaneceram consistentes, preservando a capacidade de realizar sua função crítica. Essa descoberta reforça a ideia de que a estrutura proteica é frequentemente mais durável do que o código genético que a cria, permitindo que os cientistas rastreiem linhagens evolutivas que de outra forma seriam perdidas no tempo.
Em última análise, este trabalho fornece uma imagem mais clara de como os sistemas imunológicos de animais complexos podem ter se originado. Ao mostrar que um sistema complexo e agrupado para autorreconhecimento existia nos ancestrais dos cnidários modernos, o estudo sugere que os blocos de construção para o sistema imunológico humano são muito mais antigos e disseminados do que se pensava anteriormente. Os pesquisadores propõem que a capacidade de distinguir o próprio do não-próprio usando esses tipos específicos de proteínas é um traço profundo e compartilhado através do reino animal, e não uma invenção recente dos vertebrados. Embora a relação exata entre esses genes antigos de cnidários e o sistema imunológico humano ainda esteja sendo explorada, a descoberta deste complexo genético conservado oferece uma peça crucial do quebra-cabeça, apontando para uma origem evolutiva comum para as formas como os animais se protegem do mundo exterior.
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