Metazoan-wide phylogenomics supports the emergence of recognisable canonical prostanoid-receptor family structure across the vertebrate transition
Este estudo filogenômico de amplo alcance em metazoários demonstra que a estrutura canônica de oito famílias dos receptores de prostanoides é uma inovação específica de vertebrados, revelando que os homólogos de não-vertebrados propostos anteriormente são, na verdade, linhagens de receptores distintas cuja semelhança aparente com os receptores EP4 de vertebrados decorre da proximidade filogenética e não de uma verdadeira ortologia.
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Dentro dos corpos dos animais, das esponjas marinhas mais simples aos humanos complexos, uma linguagem química sofisticada coordena processos vitais como inflamação, fluxo sanguíneo e reprodução. Esta linguagem baseia-se num grupo de moléculas lipídicas chamadas prostanoides, que atuam como mensageiros locais. Para receber estas mensagens, as células utilizam proteínas especializadas inseridas nas suas paredes externas, conhecidas como recetores. Nos vertebrados, como peixes, aves e mamíferos, estes recetores estão organizados em oito famílias distintas, cada uma sintonizada com um tipo específico de sinal de proanoide. Os cientistas há muito assumem que este complexo sistema de oito famílias foi herdado de ancestrais antigos, o que significa que mesmo as criaturas sem espinha dorsal, como águas-vivas ou insetos, deveriam possuir os predecessores evolutivos diretos destas oito famílias específicas.
Um novo estudo desafia esta suposição de longa data ao analisar a história genética destes recetores em todo o reino animal. A investigação, liderada pelo investigador independente Sebastiano Scibelli, procurou determinar quando e como surgiu a estrutura reconhecível destas oito famílias de recetores. Ao analisar milhares de conjuntos de dados genéticos de centenas de espécies animais, o estudo revela que o arranjo específico de oito famílias encontrado nos vertebrados não é uma característica de todos os animais, mas sim um desenvolvimento que surgiu especificamente durante a transição para os vertebrados.
O investigador começou por reunir uma quantidade massiva de dados genéticos, examinando sequências proteicas de mais de 3.000 espécies representando 30 grupos animais diferentes. Ele comparou estas sequências com um conjunto cuidadosamente selecionado de 78 recetores vertebrados conhecidos, que servem como o padrão de referência para as oito famílias. O objetivo era verificar se algum dos animais não vertebrados possuía recetores que se enquadrassem nitidamente nestas oito categorias estabelecidas. O investigador utilizou um processo rigoroso e de vários passos para garantir a precisão. Primeiro, lançou uma rede ampla para encontrar quaisquer correspondências potenciais, depois aplicou filtros rigorosos para confirmar que as proteínas tinham a estrutura correta e, finalmente, colocou-as em árvores evolutivas para ver onde pertenciam. Este método permitiu-lhes distinguir entre um recetor que é meramente semelhante a um vertebrado e um que é um verdadeiro parente evolutivo.
Os resultados foram impressionantes. Entre os milhares de sequências analisadas de animais não vertebrados, nenhuma pôde ser definitivamente colocada dentro de qualquer uma das oito famílias canónicas. Embora muitos destes recetores antigos estivessem relacionados com o sistema de prostanoides num sentido amplo, eles não pertenciam aos grupos específicos conhecidos como DP1, EP1 a EP4, FP, IP ou TP. Em vez disso, os recetores de não vertebrados formaram as suas próprias linhagens distintas que ramificaram antes de as famílias de vertebrados estarem totalmente formadas. O investigador descobriu que estes recetores antigos apareciam frequentemente mais próximos de uma família vertebrada específica, a EP4, mas isto era um resultado da forma como a árvore evolutiva estava moldada, e não evidência de que fossem verdadeiros ancestrais da família EP4. O investigador demonstrou que esta proximidade era um artefacto geométrico dos dados e não um sinal de linhagem direta.
O estudo também abordou investigações anteriores que tinham identificado recetores específicos em anémonas do mar e corais como equivalentes diretos aos recetores EP2 e EP4 de vertebrados. Ao reexaminar as sequências genéticas com os seus métodos mais abrangentes e rigorosos, o autor descobriu que estas atribuições estavam incorretas. As sequências da anémona do mar eram, de facto, relacionadas com o sistema de proanoides, mas não se enquadravam nas categorias específicas EP2 ou EP4. Mais significativamente, as sequências do coral, que tinham sido rotuladas como EP2 e EP4, eram na verdade totalmente não relacionadas com a família de recetores de proanoides, pertencendo, em vez disso, a diferentes grupos de proteínas de superfície celular. Isto sugere que estudos anteriores, que dependiam fortemente de pesquisas de similaridade simples, podem ter identificado erroneamente estas proteínas antigas.
A emergência da estrutura reconhecível de oito famílias parece ter ocorrido gradualmente à medida que os vertebrados evoluíram. O estudo indica que a separação clara nas oito famílias distintas se estabeleceu durante a transição dos primeiros cordados para os vertebrados com mandíbulas. Embora alguns grupos de vertebrados primitivos, como lampreias e cegonhas, mostrassem sinais desta estrutura emergente, o arranjo completo e estável ainda não estava concluído. Foi apenas nos ancestrais dos modernos vertebrados com mandíbulas que o sistema se solidificou nas oito famílias observadas hoje. O investigador também analisou a localização física destes genes nos cromossomas para compreender como se multiplicaram. Descobriu que, embora alguns pares de recetores permanecessem próximos uns dos outros no mesmo cromossoma, sugerindo que foram criados por duplicação local, outros estavam dispersos, sugerindo uma história mais complexa envolvendo duplicações genómicas de grande escala. No entanto, os dados não apoiaram um modelo simples onde todas as oito famílias foram criadas simultaneamente por um único evento antigo.
Este trabalho altera fundamentalmente a nossa compreensão de como os sistemas de sinalização animal evoluíram. Mostra que a capacidade de responder a sinais de proanoides é antiga e generalizada, existindo de muitas formas através do reino animal. No entanto, o sistema específico e altamente organizado de oito famílias que define a biologia dos vertebrados é uma inovação posterior. Os recetores encontrados em invertebrados não são versões quebradas ou incompletas do sistema de vertebrados; são um conjunto diversificado e de evolução independente de proteínas que desempenhavam funções semelhantes, mas seguiram um caminho evolutivo diferente. O estudo conclui que a complexidade do sistema de proanoides dos vertebrados é uma característica única dessa linhagem, surgindo de uma mistura de duplicações genéticas locais e eventos genómicos maiores, em vez de ser uma herança direta de um ancestral invertebrado pré-existente e totalmente formado.
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