Suppressing estrogen signaling by a Y-linked nuclear receptor determines sex in Bombina toads
Este estudo identifica o gene ligado ao cromossomo Y *err1Y* como o fator mestre de determinação sexual em sapos *Bombina*, o qual impulsiona a diferenciação masculina através do antagonismo da sinalização de estrogênio por meio de um receptor nuclear neofuncionalizado e não canônico.
Artigo original sob licença CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Esta é uma explicação gerada por IA de um preprint que não foi revisado por pares. Não é aconselhamento médico. Não tome decisões de saúde com base neste conteúdo. Ler aviso legal completo
Todo ser vivo com uma coluna vertebral precisa de uma maneira de decidir se se tornará macho ou fêmea. Em humanos e em muitos outros animais, essa decisão é escrita em um par de cromossomos que atuam como um interruptor genético. Mas no vasto e antigo mundo dos anfíbios, esse interruptor permaneceu um mistério. Por mais de um século, os cientistas souberam que sapos e rãs possuem cromossomos sexuais, mas foram incapazes de encontrar o gene específico que aciona o interruptor. Isso ocorre, em parte, porque os genomas dos anfíbios são enormes e desordenados, e seus cromossomos frequentemente parecem idênticos sob um microscópio, tornando quase impossível detectar a pequena diferença genética que determina o sexo. Sem conhecer o interruptor mestre, não podemos compreender totalmente como esses animais se desenvolvem ou como novas espécies evoluem.
Uma equipe de pesquisadores finalmente decifrou esse código para um grupo de sapos europeus e asiáticos conhecidos como Bombina. Ao construir mapas de alta qualidade de todo o código genético dos sapos, eles descobriram que um gene específico no cromossomo Y do macho atua como o interruptor mestre. Esse gene funciona silenciando um sinal químico que, de outra forma, transformaria o animal em fêmea. A descoberta revela uma nova maneira de a natureza determinar o sexo, uma que depende de bloquear uma via hormonal em vez de ativar uma via masculina. Este achado não apenas resolve um enigma de longa data na biologia dos anfíbios, mas também fornece uma ferramenta poderosa para estudar como esses sapos se dividem em diferentes espécies.
Os pesquisadores concentraram-se no sapo de ventre vermelho e seus parentes próximos, que são famosos por viver em habitats distintos e formar zonas estreitas onde se cruzam. Para encontrar o gene determinante do sexo, a equipe primeiro criou um genoma de referência detalhado do sapo de ventre vermelho, uma tarefa colossal dado o tamanho de seu DNA. Em seguida, compararam o DNA de machos e fêmeas de uma grande árvore filogenética, procurando por quaisquer marcadores genéticos que aparecessem apenas em machos. Eles encontraram uma pequena região no cromossomo dois que estava presente em machos, mas ausente em fêmeas. Essa região continha um gene chamado err1Y, que é uma cópia de um gene encontrado em um cromossomo diferente em ambos os sexos.
A versão original deste gene, encontrada em um cromossomo comum, está envolvida na regulação da energia e do metabolismo. No entanto, a nova cópia, err1Y, mudou significativamente. Ela estava localizada no cromossomo Y, o que significa que é passada apenas de pai para filho. Os pesquisadores descobriram que este novo gene é ativo especificamente nos testículos em desenvolvimento de sapos machos jovens, justamente quando começam a se diferenciar. Nas fêmeas, este gene está completamente ausente. Esse padrão sugere fortemente que o err1Y é o interruptor mestre que diz à gônada em desenvolvimento para se tornar um testículo.
Para entender como esse gene funciona, a equipe observou de perto sua estrutura e função. Eles descobriram que o gene err1Y produz uma versão encurtada de uma proteína. Diferente da proteína original, que pode se ligar ao DNA e ativar genes, esta versão encurtada carece da parte necessária para se fixar ao DNA. Em vez disso, ela atua como um bloqueador. No corpo, existe uma via natural impulsionada pelo estrogênio que incentiva o desenvolvimento dos ovários. A proteína err1Y encurtada liga-se aos receptores que normalmente executam esse sinal de estrogênio, efetivamente travando o mecanismo. Ao bloquear o sinal do estrogênio, o gene impede que a gônada se torne fêmea, permitindo que ela siga o padrão de se tornar macho.
Os pesquisadores confirmaram esse mecanismo através de uma série de experimentos. Eles mostraram que, quando introduziam a proteína encurtada em células, ela conseguia interromper o funcionamento da via do estrogênio. Eles também mapearam o gene através de diferentes espécies de sapos Bombina. Descobriram que o gene err1Y está presente e funcional em todas as espécies com 24 cromossomos, incluindo o sapo de ventre vermelho e o sapo de ventre amarelo. No entanto, nas espécies com 28 cromossomos, o gene está quebrado e não funciona mais como um interruptor sexual. Isso indica que os sapos de 24 cromossomos compartilham um ancestral comum onde este gene foi primeiramente recrutado para determinar o sexo, e tem sido passado desde então.
Esta descoberta é significativa porque revela uma nova rota para a determinação do sexo em vertebrados poiquilotérmicos (sangue frio). Em muitos animais, um gene mestre trabalha ativando um programa específico de macho. Nestes sapos, o gene mestre trabalha desligando o programa de fêmea. Ele atua como um freio na via do estrogênio, garantindo que o animal se desenvolva como macho. Este mecanismo representa uma estratégia inovadora para a determinação do sexo em vertebrados através do reaproveitamento de um receptor nuclear duplicado, uma rota não vista anteriormente nesta forma específica. Os achados também fornecem um marcador genético claro que pode ser usado para identificar o sexo desses sapos em qualquer estágio da vida, o que é crucial para os esforços de conservação e para o estudo de como essas espécies interagem na natureza.
A capacidade de identificar o sexo desses sapos geneticamente abre novas portas para a compreensão de como as espécies se formam. Os sapos Bombina são um exemplo clássico de especiação, onde duas espécies distintas vivem lado a lado e ocasionalmente se misturam. Ao rastrear o gene ligado ao cromossomo Y, os cientistas podem agora estudar como os cromossomos sexuais influenciam o processo de especiação e se eles desempenham um papel especial em manter as espécies separadas. A descoberta do err1Y transforma nossa compreensão da biologia dos anfíbios, mostrando que, mesmo nos genomas mais complexos e antigos, a natureza pode encontrar soluções simples e elegantes para a questão fundamental de como se tornar macho ou fêmea.
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