O genoma humano é composto por 23 pares de cromossomos, os projetos biológicos que tornam os humanos… bem, humanos. Mas acontece que parte do nosso DNA — cerca de 8% — são remanescentes de vírus antigos que se incorporaram ao nosso código genético ao longo da evolução humana.
Esses vírus antigos residem em seções do nosso DNA chamadas elementos transponíveis, ou TEs, também conhecidos como “genes saltadores” devido à sua capacidade de se copiar e colar por todo o genoma. Os TEs, que representam quase metade do nosso material genético, já foram considerados como DNA “lixo”, sequências que parecem não ter função biológica. Agora, um novo estudo corrobora a hipótese de que esses antigos remanescentes virais desempenham um papel fundamental nos estágios iniciais do desenvolvimento humano — e podem ter tido influência em nossa evolução.
Ao sequenciar TEs, uma equipe internacional de pesquisadores identificou padrões ocultos que podem ser cruciais para a regulação gênica, ou seja, o processo de ativar e desativar genes. As descobertas foram publicadas em 18 de julho na revista Science Advances.
“Nosso genoma foi sequenciado há muito tempo, mas a função de muitas de suas partes permanece desconhecida”, afirmou em um comunicado o coautor do estudo, Dr. Fumitaka Inoue, professor associado de genômica funcional na Universidade de Kyoto, no Japão. “Acredita-se que os elementos transponíveis desempenhem papéis importantes na evolução do genoma, e espera-se que sua importância se torne mais clara à medida que a pesquisa avança.”
Há muitos benefícios em estudar como os TEs ativam a expressão gênica. Isso pode ajudar os cientistas a entender o papel que as sequências desempenham na evolução humana, revelar possíveis ligações entre TEs e doenças humanas ou ensinar os pesquisadores a direcionar TEs funcionais na terapia gênica, disse o pesquisador principal, Dr. Xun Chen, biólogo computacional e pesquisador principal do Instituto de Imunidade e Infecção de Xangai da Academia Chinesa de Ciências.
Com mais pesquisas, “esperamos descobrir como os TEs, particularmente os ERVs (retrovírus endógenos ou DNA viral antigo), nos tornam humanos”, acrescentou Chen em comunicado.
DNA viral antigo incorporado
Quando nossos ancestrais primatas eram infectados com vírus, sequências de informações genéticas virais se replicavam e se inseriam em vários locais nos cromossomos do hospedeiro.
“Vírus antigos são eficazes em invadir nossos genomas ancestrais, e seus remanescentes se tornam uma parte importante do nosso genoma. Nosso genoma desenvolveu inúmeros mecanismos para controlar esses vírus antigos e eliminar seus potenciais efeitos prejudiciais”, disse o Dr. Lin He, biólogo molecular e professor titular da Cátedra Thomas e Stacey Siebel em pesquisa com células-tronco na Universidade da Califórnia, Berkeley, à CNN.
Em sua maioria, esses vírus antigos são inativos e não são motivo de preocupação, mas, nos últimos anos, pesquisas demonstraram que alguns dos elementos transponíveis podem desempenhar papéis importantes em doenças humanas. Um estudo de julho de 2024 explorou a possibilidade de silenciar certos TEs para tornar o tratamento do câncer mais eficaz.
“Ao longo da evolução, alguns vírus são degenerados ou eliminados, alguns têm sua expressão amplamente reprimida no desenvolvimento e na fisiologia normais, e alguns são domesticados para servir ao genoma humano”, disse He, que não participou do novo estudo. “Embora sejam percebidos como exclusivamente nocivos, alguns vírus antigos podem se tornar parte de nós, fornecendo matéria-prima para a inovação genômica.”
Mas, devido à sua natureza repetitiva, os elementos transponíveis são notoriamente difíceis de estudar e organizar. Embora as sequências TE sejam categorizadas em famílias e subfamílias com base em sua função e similaridade, muitas têm sido mal documentadas e classificadas, “o que poderia impactar significativamente suas análises evolutivas e funcionais”, disse Chen.
Impacto viral antigo no desenvolvimento e evolução humana
O novo estudo se concentrou em um grupo de sequências TE chamadas “MER11”, encontradas em genomas de primatas. Utilizando um novo sistema de classificação e testando a atividade genética do DNA, os pesquisadores identificaram quatro subfamílias até então desconhecidas.
A sequência integrada mais recentemente, denominada “MER11_G4”, demonstrou ter uma forte capacidade de ativar a expressão gênica em células-tronco humanas e células neurais em estágio inicial. A descoberta indica que essa subfamília TE desempenha um papel no desenvolvimento humano inicial e pode “influenciar drasticamente a forma como os genes respondem a sinais de desenvolvimento ou estímulos ambientais”, de acordo com um comunicado da Universidade de Kyoto.
A pesquisa também sugere que os TEs virais tiveram um papel na formação da evolução humana. Ao traçar a forma como o DNA mudou ao longo do tempo, os pesquisadores descobriram que a subfamília evoluiu de forma diferente dentro dos genomas de diferentes animais, contribuindo para a evolução biológica que resultou em humanos, chimpanzés e macacos.
“Compreender a evolução do nosso genoma é uma maneira de entender o que torna os humanos únicos”, disse He. “Isso nos capacitará com ferramentas para entender a biologia humana, as doenças genéticas humanas e a evolução humana.”
Ainda não está claro exatamente como esses TEs foram implicados no processo evolutivo, disse Chen. Também é possível que outros TEs ainda não identificados tenham desempenhado papéis distintos no processo evolutivo dos primatas, acrescentou.
“O estudo oferece novos insights e potenciais pontos de alavancagem para a compreensão do papel dos TEs na formação da evolução dos nossos genomas”, disse o Dr. Steve Hoffmann, biólogo computacional do Instituto Leibniz sobre Envelhecimento em Jena, Alemanha, que não participou do estudo. A pesquisa também “destaca o quanto ainda há a aprender com um tipo de DNA outrora difamado como um aproveitador molecular”, acrescentou ele em entrevista por e-mail.
Hoffmann foi o pesquisador principal de um artigo científico que documentou pela primeira vez o mapa quase completo do genoma do tubarão-da-Groenlândia, o vertebrado de vida mais longa do mundo, que pode sobreviver até cerca de 400 anos. O genoma do tubarão era composto por mais de 70% de genes saltadores, enquanto o genoma humano é composto por menos de 50%. Embora os genomas dos primatas sejam diferentes dos de um tubarão, “o estudo fornece evidências adicionais do impacto potencial dos ETs na regulação do genoma” e “é uma mensagem relevante para todos os pesquisadores de genoma”, disse Hoffmann.
Ao investigar como os genomas evoluíram, os pesquisadores podem determinar quais sequências de DNA permaneceram as mesmas, quais foram perdidas no tempo e quais surgiram mais recentemente.
“Levar essas sequências em consideração costuma ser crucial para entender, por exemplo, por que os humanos desenvolvem doenças que certos animais não desenvolvem”, disse Hoffmann. “Em última análise, uma compreensão mais profunda da regulação do genoma pode auxiliar na descoberta de novas terapias e intervenções.”
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