MicroRNAs, genes Hox e suas costelas

Durante o desenvolvimento, o embrião de vertebrado passa por uma etapa de segmentação que resulta na formação dos somitos ao longo do corpo. A priori, estes “blocos” de tecido mesodérmico são morfologicamente idênticos. Entretanto, cada somito dará origem a uma vértebra específica, dependendo da sua localização no eixo anteroposterior. Isto é possível por que cada somito expressa uma combinação específica de fatores de transcrição Hox, que o confere uma identidade singular e determina, por exemplo, que vértebra este formará.

O papel dos genes Hox na determinação da identidade de segmentos em animais é bem estudado. Tanto em vertebrados quanto em invertebrados, alteração nos padrões de expressão de genes Hox podem resultar em transformações homeóticas, onde uma estrutura normalmente característica de um segmento se desenvolve em outro. Dentre os mais famosos exemplos está a mutação em D. melanogaster na região regulatória do gene antennapedia, membro da família de genes Hox, resultando na conversão das antenas em um par de patas.

Os diversos membros da família de genes Hox são expressos em regiões específicas ao longo do eixo anteroposterior e a identidade de cada segmento do corpo depende de que gene Hox este expressa. Para que este processo ocorra corretamente, pensar-se-ia que os limites entre cada domínio de expressão precisariam ser delimitados com precisão. Este porém, não é o caso e o que se observa na verdade é considerável sobreposição de expressão entre domínios de diferentes genes Hox. Por este motivo, especula-se que algum mecanismo de ajuste-fino existe para determinar onde acaba o domínio de um gene Hox e começa o de outro. Em um artigo publicado na edição de novembro deste ano na PNAS, McGlinn e colaboradores demonstram que microRNAs (miRNA) podem ser responsáveis pela ”demarcação” de domínios de expressão de gene Hox. MiRNAs, como o nome sugere, são RNAs pequenos, compostos de aproximadamente 23 nucleotídeos, que são capazes de se ligar em seqüências complementares de RNAs (geralmente na região 3’ não-codificante) e regular negativamente a expressão do gene-alvo.

Estudos anteriores mostraram que o miRNA miR-196 está localizado na vizinhança de genes Hox e que possui a capacidade (ao menos in vitro) de inibir a expressão de genes Hox. No atual estudo, os autores utilizaram pequenas moléculas (antagomiRs) para anagonizar a expressão do miR-196 e definir o papel deste miRNA in vivo. Se o miR-196 de fato antagoniza genes Hox durante a formação dos somitos, a inibição da expressão do miR-196 resultaria em expansão da expressão de algum gene Hox e possivelmente alteração na identidade de algum somito. Exatamente o resultado observado. Entre outros resultados, os autores mostram que inibição do miR-196 em embriões de galinha resulta em sutil expansão do domínio de expressão do gene Hoxb8 e também na transformação da 14 vértebra cervical em vértebra torácica (esta passa a produzir uma costela extra!).

Para aqueles que achavam que o estudo do desenvolvimento embrionário se resumiria a determinar que gene(s) formam um determinado órgão - e pensavam que esse negócio de seqüência regulatória chegou só pra dificultar a tarefa – adicione mais uma variável cabeluda à equação: miRNAs.

McGlinn E, Yekta S, Mansfield JH, Soutschek J, Bartel DP, & Tabin CJ (2009). In ovo application of antagomiRs indicates a role for miR-196 in patterning the chick axial skeleton through Hox gene regulation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 106 (44), 18610-5 PMID: 19846767

A boca, ânus e os eixos do corpo: de onde eles vêm?

Até antes da teoria da evolução ter sido proposta por Charles Darwin tentamos entender como os diferentes grupos de animais são relacionados entre si e como seu Bauplan (organização corporal) evoluiu a partir de um ancestral comum. As discussões entre Étienne Geoffroy Saint-Hilaire e Georges Cuvier realizadas nos séculos XVIII e início do XIX são um grande exemplo de como os cientistas há muito tempo encontram-se debruçados sobre essa questão.

Nestes últimos 15-20 anos com o advento da Evo-Devo e particularmente com a possibilidade de se estudar organismos não-tradicionais, que se encontram em várias posições na árvore da vida, tem-se gerado novas hipóteses na difícil tarefa de saber como nosso ancestral comum hipotético Bilateral (Urbilateria) se pareceria. Para entender o que é simetria bilateral e como ela é estabelecidade é só ver posts anteriores aqui no Blog.

Duas hipóteses básicas a cerca da natureza do Urbilateria existem. A primeira hipótese é baseada em estudos moleculares feitos com organismos-modelo invertebrados (Drosophila e C. elegans) e vertebrados (zebrafish, Xenopus, um sapo e outros). Esta hipótese assume que o UrBilateria seria um organismo complexo, macroscópico, com diferentes segmentos pelo corpo (como Drosophila e nós humanos) e uma cavidade derivada do mesoderma (celoma). A segunda hipótese assume que este UrBilateria seria um organismo morfologicamente mais simples, mais parecido com uma “minhoca” dessas que você vê pela rua. Este organismo UrBilateria seria asegmentado, sem membros, sem um celoma, com desenvolvimento direto (sem fase larvar).

O principal problema para responder essa questão é que este organismo hipotético viveu a cerca de 500-600 milhões de anos atrás e até hoje não foi inventada uma máquina do tempo. Mas nós cientistas temos pelo menos algumas possibilidades para se estudar essa questão. Uma delas é o registro fóssil, mas este pode não nos responder a nossa pergunta, pois nem todos os organismos são facilmente fossilizados e também temos uma tendência natural a acharmos os fósseis de maior tamanho que os de menor tamanho. A outra possibilidade é analisar as seqüências de DNA presentes nos organismos atuais que pertencem a grupos bastante antigos na evolução e que mantiveram suas características morfológicas inalteradas ou pouco modificadas (grupos filogeneticamente basais).

Mark Q. Martindale e Andreas Hejnol publicaram este ano um artigo de revisão na revista Developmental Cell sugerindo que a segunda hipótese, de que o UrBilateria se pareceria mais com uma minhoca, seria mais provável que a primeira que propõe que o Urbilateria pareceria mais com um bicho segmentado como uma mosca-da-fruta ou conosco. Vários argumentos são apresentados pelos autores como as recentes filogenias (Ruiz-Trillo et al., 2004; Ruiz-Trillo et al., 1999; Telford et al., 2003; Wallberg et al., 2007) que indicam que o ancestral comum desse grupo de animais (Platelmintos) estaria mais próximo do UrBilateria que o ancestral comum dos Protostomos compostos pelo Ecdysozoa (incluindo insetos como Drosophila) e Lophotrocozoa (incluindo os anelídeos, minhocas,) e os Deuterostomos (incluindo os cordados como nós).

Qual é a resposta certa para a questão? Lamento informar que embora tenhamos avançado muito no entendimento de quais fatores são utilizados por organismos pertencentes aos diferentes grupos de animais ainda não temos certeza de nada (e talvez nunca teremos). Acho que a proposta dos autores de se estudar as redes regulatórias gênicas dos diversos grupos de animais existentes é excelente; e espero que nos próximos anos possamos escrever mais um capítulo nessa nossa árdua tarefa de desvendar o que aconteceu durante os 4 bilhões de anos de evolução no nosso planeta.

IV SIBD – Simpósio Internacional de Biologia do Desenvolvimento

Durante os dias 16-18 de Novembro foi realizado o IV Simpósio de Biologia do Desenvolvimento no Hotel Mazzaropi, Taubaté, Brasil. Um clima agradável, informal e uma grande oportunidade de se discutir estudos de alta qualidade em Biologia do Desenvolvimento. Minha sensação hoje ao voltar do Simpósio é de total satisfação, várias interações estabelecidas, e principalmente novas conceitos adquiridos.

Provavelmente eu não fui o único a adorar o Simpósio. Acho que os estudantes foram o ponto alto do Simpósio com o seu EABD (Encontro dos Alunos de Biologia do Desenvolvimento) que provavelmente será realizado aqui em Macaé em 2010. Além disso, os Workshops em Genômica (Siobhan Brady) e Estratégias e Financiamentos para Pesquisa e Ensino em Biologia do Desenvolvimento (Ida Chow) foram muito bem organizados, segundo alguns participantes que eu tive contato.

Pensei em discutir brevemente as palestras de cada um dos conferencistas ao pensar neste post, mas acho que eu não seria justo com todos, eu acabaria dando mais enfoque a determinadas palestras que outras pela minha formação, então eu prefiro apenas dizer que todas as palestras apresentadas por pesquisadores nacionais e internacionais foram de alta qualidade e as sessões de perguntas demonstraram um engajamento de pesquisadores de diversas áreas para compreenderem e ajudarem os colegas.

Gostaria de terminar dando parabéns a essa fantástica comissão organizadora (Irene Yan, Cláudio Roberto Simon, Helena Araújo, Ida Chow e Nadia Monesi) que realizou um trabalho, em minha opinião, perfeito e a todos os alunos que os ajudaram a realizar tal árdua tarefa de organização. Com certeza este simpósio deve ter estimulado ainda mais os estudantes e pesquisadores da área a lutarem pelo estabelecimento deste novo campo da biologia no nosso país e outros virão! Ribeirão Preto 2011, lá vamos nós!

"DNA lixo" que não é de se jogar fora!

Nas últimas 3 décadas aprendemos muito sobre como genes controlam o desenvolvimento embrionário. Uma da lições foi a observação de que, em muitos casos, a mesma proteína de sinalização ou fator de transcrição pode coordenar simultaneamente a formação de diversos órgãos e tecidos do embrião. Alguns exemplos de tais proteínas incluem membros da família de proteínas Wnt, FGF, HH, BMP, etc. Esta constatação acabou gerando um dilema para a biologia evolutiva.

Mutações que modificam a seqüência de aminoácidos de uma proteína, em muitos casos, provocam efeitos deletérios. Além disso, a partir do momento em que a seqüência codificante do gene foi alterada, a nova versão da proteína será produzida em todos os tecidos que esta normalmente atua, podendo impactar o desenvolvimento de uma forma generalizada. Neste contexto, o dilema é: como mutações na região codificadora de proteínas podem afetar a evolução de um órgão, sem alterar a forma/função de outros?

A solução proposta e apoiada por um grupo de pesquisadores que inclui Sean Carroll, Eric Davidson, David Stern e Greg Wray, é que alterações nas seqüência regulatórias de genes, e não na região codificadora, seriam as principais responsáveis pela evolução da expressão gênica e do surgimento de novas morfologias.

Esta proposta, que é atualmente componente central da Evo Devo, é vigorosamente criticada por um grupo de pesquisadores, entre os quais Jerry Coyne e Hopi Hoekstra. Para estes, concluir de que alterações em regiões regulatórias são “mais importantes” para a evolução que alterações na seqüência de aminoácidos é muito prematuro. Em 2007, com um artigo na revista Current Biology, Coyne e Hoekstra citam alguns exemplos de diversas maneiras pelas quais regulação gênica pode evoluir sem alteração em regiões regulatórias. Os autores também enfatizam que existem pouquíssimos estudos (antes, para Coyne, não existia nenhum) que suportem a proposta de Carroll.

Em março de 2008, o Dr. Carroll contra-atacou com um artigo na renomada revista Cell descrevendo um elegante estudo em espécies irmãs do gênero Drosophila, onde a diferença de pigmentação abdominal é resultado da alteração da região regulatória do gene tan. Aqui vai o background do estudo: duas espécies, D. yakuba e D. Santomea, habitam a ilha de São Tomé, na costa oeste da África, tendo divergido há aproximadamente 100 mil anos. Machos da espécie D. Yakuba D. Santomea não possuem pigmentação abdominal. Para descobrir qual gene estaria por trás desta diferença de pigmentação, os pesquisadores mapearam o locustan. Este gene codifica uma enzima que desempenha papéis tanto em pigmentação quanto visão, e mutantes que possuem a versão defectiva do gene tan

Ao analisar a expressão do gene tan, o grupo do Dr. Carroll constatou que D. yakuba produzia normalmente tan mRNA nos segmento abdominais A5 e A6, enquanto que D. Santomea não. Interessantemente, a expressão do gene tan em outros tecidos era normal em ambas espécies. Tal observação é indicativa de alteração em região regulatória.Por esta razão, os pesquisadores buscaram identificar a região regulatória do gene tan responsável pela expressão nos segmentos abdominais A5 e A6. Ao examinar regiões ao redor do gene, os autores puderam identificar um “pedaço” de DNA, o qual chamaram de t_MSE, que ao ser ligado a um gene repórter (eGFP), recapitulava perfeitamente a expressão do gene tan nos segmentos abdominais A5 e A6.

Os autores então produziram moscas da espécie D. Santomea (que não possui pigmento abdominal) onde t_MSE de possuem os segmentos abdominais A5 e A6 com pigmentação escura, enquanto que associado com este fenótipo e, para encurtar a história, voltaram suas atenções para o gene não produzem pigmentos abdominais. D. melanogaster (que possui pgmentação), conduzia a expressão do gene tan. Resultado: D. Santomea agora produzia tantan no abdômen de moscas D. Santomea havia ocorrido na região regulatória, os autores fizeram o experimento recíproco: t_MSE de D. Santomea, conduzindo a expressão de eGFP, foi inserido em D. Melanogaster. Resultado: nada. t_MSE de D. Santomea simplesmente não mais funciona como região regulatória.

Por fim, o artigo ainda descreve outros experimentos e análises a respeito da evolução destas duas espécies de Drosophila, mas os dados descritos acima ilustram o que me parece inequívoco: na natureza, inúmeros exemplos de tais casos devem existir. A dura tarefa agora é identificar mais destes exemplos onde regiões regulatórias são alvo de mutações que promovem divergências morfológicas. Se este é o modo principal pelo qual espécies divergem morfologicamente ainda não sabemos. Entretanto, estudos como este mostram que mutações em regiões regulatórias podem guiar a evolução morfológica, não somente de forma conjectural em revistas científicas, livros ou em experimentos laboratoriais, mas na natureza.


Coyne JA, & Hoekstra HE (2007). Evolution of protein expression: new genes for a new diet. Current biology : CB, 17 (23) PMID: 18054763

Jeong S, Rebeiz M, Andolfatto P, Werner T, True J, & Carroll SB (2008). The evolution of gene regulation underlies a morphological difference between two Drosophila sister species. Cell, 132 (5), 783-93 PMID: 18329365

Entrevista: André Pires da Silva

Caros leitores, o entrevistado de hoje é o Dr. André Pires da Silva, Professor da Universidade do Texas em Arlington. André trabalha com determinação do sexo, estrutura genômica e ecologia de nemátodes. (lab website)

1. O que o levou a realizar uma carreira em Biologia do Desenvolvimento/Evo-Devo?

Durante minha graduação na Universidade de Brasilia, nos mostraram um filme sobre os genes homeóticos. Me fascinou o fato de que mutações em um único gene pudessem dar origem a uma transformação tão radical na mosca de frutas (Drosophila). A Drosophila normal tem duas asas, mas mutações no gene Ultrabithorax faz com que elas desenvolvam quatro asas. Isso sugere de que grandes saltos evolutivos podem ocorrer com poucas mutações. Essa idéia me fascinou muito, porque de acordo com que eu tinha aprendido até então a evolução é um processo bastante lento.

2. Na sua opiniao, qual foi trabalho científico mais importante na Biologia do Desenvolvimento/Evo-Devo?

Acho que o artigo de Ed Lewis em 1978, na Nature, sobre os genes homeóticos. As implicações evolutivas nesse artigo inspiraram muito gente. Foi um dos artigos mais influentes em evo-devo, na minha opiniao.

3. Quais são as perguntas que você gostaria de responder em seu futuro científico?

Acho que uma das perguntas mais fascinantes é de como “novidades morfológicas” aparecem durante a evolução. Novidades morfológicas são aquelas que aparecem praticamente do nada, e que são muito diferentes. Alguns exemplos sao a carapaça da tartaruga, o chocalho da cascavel, e o “neural crest cells” de vertebrados. Será que se tratam de várias mutações ou de poucas? São mutações em partes regulatórias de genes, ou partes codificantes de genes? Que tipo de mutações são? Será que existem genes que tem mais propensidade a regular a evolução de novas morfologias?

4. Quem mais o influenciou na sua carreira científica?

Duas pessoas, o Spartaco Astolfi Filho da UnB e o Ralf J. Sommer, do Max Planck de Tubingen, na Alemanha. O Spartaco me deu a oportunidade de aprender Biologica Molecular numa época em que poucas pessoas no Brasil faziam. O Ralf J. Sommer me ensinou como vender ideias, e como ser bom orientador.

5. O que o levou a realizar sua carreira científica fora do Brasil?

Na época em que eu queria fazer minha pós-graduação não havia praticamente ninguém no Brasil trabalhando com biologia do desenvolvimento usando técnicas moleculares. Recebi a chance de trabalhar num instituto bem reconhecido para meu mestrado, com um dos líderes mundiais na area de biologia do desenvolvimento.

6. Que outra profissão você teria escolhido que não a carreira científica?
Acho que eu seria tradutor.

Resenha: Ecological Developmental Biology – Scott Gilbert & David Epel

Estamos começando uma nova seção no blog, uma apresentação de livros interessantes publicados na área de Biologia do Desenvolvimento/Evo-Devo. Temos atualmente uma grande carência de livros de Evo-Devo e Biologia do Desenvolvimento em português. Na verdade eu não conheço nenhum livro-texto de biologia do desenvolvimento traduzido para o português. Aqui não considero livros de Embriologia Humanos utilizados para cursos de graduação da área básica de saúde, que se encontram todos traduzidos. No momento, enquanto essas traduções não acontecem, ou não fazemos nada nesse sentido, faremos comentários de livros publicados em inglês e eu começo pelo livro na área de Eco-Evo-Devo (ou Eco-Devo) publicado este ano e de autoria de Gilbert & Engel.

Li o livro e devo dizer que foi uma experiência bastante prazerosa. Esta obra tem tudo para se transformar em um clássico dessa nova subárea da Evo-Devo, a Eco-Devo que basicamente dá enfoque em como mudanças do meio ambiente (epigênéticas) podem afetar e modificar o desenvolvimento (embriologia) dos diferentes grupos de organismos. Tudo isso buscando entender ao nível molecular e celular estas mudanças. Acho que o enfoque desse livro em epigênese é muito importante, principalmente na biologia atual, em que em vários artigos e livros-texto a contribuição do meio ambiente é reduzida ao mínimo! Nem tudo que acontece durante o seu desenvolvimento está no genoma, sendo esta a principal mensagem do livro.

Modificações da expressão gênica através de metilação de DNA ao longo do desenvolvimento levando a mudanças morfológicas, efeitos de teratógenos durante o desenvolvimento humano e efeitos hormonais responsáveis pelo crescimento de chifres em apenas alguns besouros de uma população, são alguns dos inúmeros exemplos de mudanças que não se encontram previamente no genoma do zigoto, mas ocorrem a partir da interação do organismo com o meio exterior.

Os capítulos finais do livro talvez sejam a melhor parte dele onde a história e os fundamentos filosóficos da biologia do desenvolvimento e da recente Eco-Devo são discutidas. Estes capítulos finais podem ser considerados como um guia de estudos para pessoas interessadas no assunto, uma vez que os tópicos são tratados com bastante profundidade pelos autores que nos anos recentes têm publicado importantes estudos nesta área.

Gostaria de terminar dizendo que não estou fazendo propaganda do livro, só estou dizendo que fiquei positivamente impressionado com ele, acho que é um bom guia para pessoas interessadas no tema, mas acho que para você formar sua própria opinião, discutir, discordar ou concordar seria legal ler o livro e de preferência deixar um comentário no blog!

Grande abraço a todos!

Entrevista: Irene Yan

Caros leitores, a entrevistada de hoje é a Dra. Irene Yan, chefe do Laboratório de Embriologia Molecular de Vertebrados do Departamento de Biologia Celular e do Desenvolvimento -USP.


1. O que o levou a realizar uma carreira em Biologia do Desenvolvimento/Evo-Devo?

O meu interesse por biologia do desenvolvimento surgiu no final do meu doutorado. Minha tese era focada na apoptose neuronal. Depois de passar tantos anos estudando a morte neuronal eu estava curiosa para conhecer o outro lado da moeda: como neurônios eram gerados.

2. Na sua opiniao, qual foi trabalho cientifico mais importante na Biologia do Desenvolvimento/Evo-Devo?

Tradicionalmente, todos reconhecem que o transplante do blastóporo dorsal de Spemann e Mangold é certamente um dos alicerces da Biologia do Desenvolvimento, uma vez que a partir daí a abordagem mecanística dentro da Embriologia passou a ser mais valorizada. Contudo, eu também acho que os trabalhos clássicos de Roux, Driesch e outros desta época contribuíram para esta visão "experimental". Enfim a minha opinião é que, assim como em outras áreas da ciência, não existe um único trabalho que seja O Trabalho.

3. Quais as vantagens e desvantagens de se fazer Biologia do Desenvolvimento no Brasil?

A Biologia do Desenvolvimento é uma área de pesquisa multidisciplinar que integra biologia celular, bioquímica, genética, zoologia, botânica e outras. Esta visão integrativa provém das perguntas que a Biologia do Desenvolvimento apresenta, a nível de organismo completo. Eu considero este momento ideal para a expansão desta área na comunidade científica. Nós já temos massa crítica e capacitação nestas áreas separadas e por conseguintes, várias oportunidades para colaboração. Sem mencionar que o Brasil tem uma fauna e flora riquíssima que permite análises evo-devo que não ao alcance de outros países. Contudo, a principal desvantagem que enfrentamos é a desconfiança de que esta área de pesquisa irá "desbancar" as outras áreas. Isto cria uma resistência desnecessária entre os pesquisadores já estabelecidos e dificulta o diálogo entre o nosso grupo de pesquisa e outros.

4. Quais sao as perguntas que voce gostaria de responder em seu futuro científico ?

São várias. Mas todas na área de neurogênese. Se você for considerar, a riqueza funcional do sistema nervoso provém em grande parte da sua diversidade celular. E, todas as células neurais vêm de um único folheto. Isto em si só já é fascinante. Obviamente, que não estamos nem perto de desvendar um iota desta questão. O que é ótimo, porque terei o que fazer até me aposentar.

5. Quem mais o influenciou na sua carreira científica?

Eu diria, sem nenhuma intenção de puxa-saquismo, meu orientadores. De Iniciação Científica até o Pos-doutorado. Mas se estiver que escolher um, diria que foi o Lloyd Greene.

6. Que outra profissao voce teria escolhido que nao a carreira cientifica?

Eu semprei quis trabalhar na Vila Sésamo. O mais perto que cheguei foi passar pela porta do estúdio deles quando estava em NY. Mas se me oferecerem para trabalhar na Vila Sésamo hoje em dia, não garanto que não largue tudo e vá correndo. Depois de me certificar que o atual pessoal no lab esteja bem arranjado, é claro.

Seja a assimetria do seu coração ou a de uma concha, o gene é o mesmo: Nodal

Em vertebrados, o gene nodal é expresso no lado esquerdo do embrião e participa no processo que determina a assimetria interna dos órgãos. Genes homólogos ao Nodal (ortólogos) já haviam sido identificados em outros deuterostômios como ascídeos e ouriço-do-mar, mas nunca em membros dos outros dois grupos de bilateria (ecdysozoa – incluindo artrópodes e nemátodos; e lophotrochozoa – incluindo moluscos e anelídeos).

Acreditava-se, portanto, que o gene nodal havia surgido em um ancestral na linhagem dos deuterostômios. Principalmente tendo em vista que o nodal parece não estar envolvido em produzir assimetrias em Drosophila e Nemátodos. Estas observações, entretanto, não inibiram a Dr. Cristina Grande, trabalhando na UC Berkeley com o Dr. Nipam Patel, de buscar pelo gene Nodal em caracóis.

Caracóis são moluscos da classe gastrópoda, que possuem conchas espiraladas para a direita (dextra) ou para a esquerda (sinistra). Grande e Patel focalizaram seus estudos em 2 espécies: uma de concha sinistra (Biomphalaria glabrata) e outra de concha dextra (Lottia gigantea).

E o que descobriram depois foi fantástico: ambas as espécies possuem o gene nodal e também outro gene, chamado pitx, cujo ortólogo pitx2 também faz parte da via de sinalização que determina lateralidade em deuterostômios. E mais: a espécie dextra (L. gigantea) produz o gene nodal somente no lado direito do embrião, enquanto que a espécie sinistra (B. glabrata) produz nodal no lado esquerdo (foto acima). O mesmo acontece com o gene pitx.

Encontrar o genes nodal e pitx, descobrir que estes são expressos assimetricamente e que existe uma correlação do lado no qual o gene é expresso e a orientação da espiral da concha é um grande achado, porém não prova que o gene nodal é necessário para a formação assimétrica da concha. Para isso, seria necessário inibir a função deste gene durante o desenvolvimento.

E foi isso que Grande e Patel fizeram, usando um inibidor da via de sinalização Nodal, comumente usado em vertebrados: SB-431542. O resultado deste experimento também é surpreendente: os embriões formaram conchas tubulares sem espiral (foto acima)!

Os resultados encontrados por Grande e Patel, publicados este ano na revista Nature, não somente esclarecem o processo de geração da assimetria da concha em caracóis, mas também sugerem que utilização da via Nodal para produzir assimetrias anatômicas estava presente no ancestral comum de todos os bilatérios.

Grande C, & Patel NH (2009). Nodal signalling is involved in left-right asymmetry in snails. Nature, 457 (7232), 1007-11 PMID: 19098895

Entrevista: Helena Araújo

Caros leitores,
a entrevistada de hoje é a Dr. Helena Maria Marcolla Araújo, chefe do Laboratório de Biologia Molecular e do Desenvolvimento, no Instituto de Ciências Biomédicas/UFRJ.

1. O que a levou a realizar uma carreira em Biologia do Desenvolvimento/Evo-Devo?

Sempre me interessou compreender qual o código utilizado para transformar uma única célula totipotente num organismo complexo. Durante meu doutorado fiz algumas análises ao longo do desenvolvimento de murinos. Meu primeiro contato com a área ocorreu durante meu estágio sanduiche no Collége de France, onde assisti a uma palestra de Andrew Lumsden. Me encantou a beleza dos ensaios realizados no organismo íntegro. Ao final de meu doutorado eu ansiava trabalhar com um modelo que me permitisse fazer ensaios in vivo. Foi uma feliz coincidência conhecer Ricardo Guellerman Ramos no IBCCF, com quem estabeleci uma colaboração trabalhando em Drosophila. Esta experiência definiu minha escolha para o pós-doc e para o meu futuro como coordenadora de pesquisa em Biologia do Desenvolvimento.

2. Na sua opinião, qual foi trabalho científico mais importante na Biologia do Desenvolvimento/Evo-Devo?

Na raiz da BD estão os trabalhos de Cristianne Nusslein Volhard, Eric Wiechaus e Ed Lewis. Utilizando Drosophila melanogaster como modelo eles identificaram mutações que alteravam a organização do corpo do animal. Foram eles que definitivamente mostraram que era possível identificar genes responsáveis por codificar padrões corporais. Antes não se acreditava que um único gene pudesse ter efeitos tão drásticos. O grande insight destes pesquisadores foi associar a Genética, a Embriologia e a nascente Biologia Molecular para investigar questões fundamentais do desenvolvimento animal. Seus achados revolucionaram a Embriologia e a Genética. Sua forma de investigar influenciou não apenas a pesquisa em Drosophila, mas também em modelos futuros como Zebrafish e Arabidopsis. Não admira eles terem ganho o prêmio Nobel de Medicina de 1995.

3. Quais as vantagens e desvantagens de se fazer Biologia do Desenvolvimento no Brasil?

A maior vantagem é que esta área é nova no Brasil. A maior desvantagem é que a área é nova no Brasil. Ou seja, é grande a excitação por parte dos alunos, que fazem uma série de novas descobertas pessoais simplesmente por entrar em contato com pesquisa na área. Isto preenche nossos laboratórios com pessoas motivadas e cheias de gás. Por outro lado, a BD tem uma forma específica de pensar e trabalhar a ciência, sempre procurando os mecanismos por trás de processos do desenvolvimento. Estas pesquisas tomam tempo, o que não é bem conhecido e compreendido aqui no Brasil. A pressão pela publicação de trabalhos parciais, que não são bem aceitos em BD, é grande. Mas estamos trabalhando esta parte, procurando com os encontros bienais do núcleo de Biologia do Desenvolvimento formar uma comunidade forte em BD, disseminando e fortalecendo esta pesquisa no Brasil. Aliás, este ano temos mais um Simpósio, em Taubaté, SP (veja www.uftm.edu.br/sibd) .

4. Quais são as perguntas que você gostaria de responder em seu futuro científico ?

Primeiramente, me interessa entender como os organismos lidam com “redes regulatórias”, ou seja, como eles traduzem um grande número de informações que convergem sobre a regulação de um mesmo evento. Estamos fazendo esta análise para o fator de transcrição Dorsal, da família NfkappaB, que é ativado no citoplasma pelo receptor Toll e inibido por uma via paralela envolvendo uma BMP. Ao compreendermos o resultado da combinatória destes dois sinais podemos começar a incrementar nossa análise, levando em conta um maior número de sinais que convergem sobre o mesmo fator de transcrição. A segunda pergunta, de cunho mais evolutivo, é compreender como são construídos os genes pleiotrópicos. Tem-se como hipótese que é econômico para os organismos utilizar um mesmo gene várias vezes ao longo de seu desenvolvimento e fisiologia, o que requer a aquisição de novas sequências regulatórias ao longo da evolução, mas não exige a aquisição de um gene inteiramente novo. A princípio estas sequências regulatórias são independentes e sofrem diferente pressão seletiva. Gostaria de testar se isto realmente é verdade ou se existem “constraints” adicionais quando se trata de um gene pleiotrópico versus um que é expresso de forma mais pontual.

5. Quem mais a influenciou na sua carreira científica?

Difícil falar de influências, já que somos construídos de fragmentos de experiências ao longo dos anos. No entanto, meu supervisor de pós-doutorado, Ethan Bier, foi uma influência importante. Seu lema “data ipsis loquitur” ou “let the data speak”, nos mostra a importância do rigor científico e a busca de abordar um problema de todos os ângulos possíveis. De uma forma menos pessoal, publicações de certos pesquisadores também impactam na forma como pensamos. Admiro os trabalhos de Sean Carroll, que além de excelente cientista é um ótimo divulgador. Finalmente, não posso deixar de dizer que ainda hoje sou influenciada pelo trabalho de colegas cientistas, principalmente aqueles que me mostram que se pode fazer pesquisa de excelente qualidade no Brasil. Entre os mais jovens, merecem destaque o geneticista Bernardo Carvalho e o biologista do desenvolvimento José Xavier Neto.

6. Que outra profissão voce teria escolhido que nao a carreira científica?

Antes de mais nada, eu adoro o que faço! Realmente me divirto. Mas quando me preparava para fazer o vestibular eu tinha dúvidas entre me dedicar a àrea biológica ou arquitetura. Era o meu lado artístico brigando com minha vertente investigativa. Hoje satisfaço essa necessidade pintando. Mas acredito que também busco beleza na minha pesquisa. Nada me deixa mais feliz do que uma bela imagem de um embrião, cheia de significado científico!

Desvendando o que Darwin não sabia (e nem poderia)

Este ano está sendo especial para pessoas interessadas em evolução, pois é o aniversário de 150 anos da publicação do livro "A Origem das Espécies” de Charles Darwin. Na sua extensa obra-prima, Darwin discute o mecanismo de seleção natural como força motriz da evolução. O que Darwin não sabia e nem poderia saber naquela época é como as populações divergem para dar origem a novas espécies, particularmente como tal processo ocorre a nível molecular. O laboratório da pesquisadora Hopi Hoekstra (Universidade de Harvard) acaba de publicar um estudo buscando responder essa questão.

Nos últimos anos, cientistas da área de Biologia Evolutiva do Desenvolvimento têm se dedicado a entender os mecanismos moleculares responsáveis por adaptações a um determinado ambiente. Estas mudanças a nível de DNA (genótipo) são responsáveis por mudanças no organismo que podem ser observadas (fenótipo).

Existem dois grandes problemas para identificar mudanças no DNA responsáveis por adaptações. O primeiro deles é encontrar características que sejam sem dúvida alguma adaptativas, isto é, características que sejam visivelmente distintas entre indivíduos da mesma espécie e que confiram vantagem(s) a um determinado indivíduo (ou grupo) em relação a outro num determinado ambiente. Este primeiro problema foi facilmente resolvido no presente estudo, pois Hoekstra e colaboradores utilizaram camundongos que possuiam pêlos de cores claros e escuros e que viviam em montanhas com areias brancas e escuras, respectivamente (Foto). Sabe-se há muitos anos que camundongos de pele clara, quando colocados em áreas escuras são mais visíveis a predadores como corujas. O mesmo acontece com camundongos escuros quando colocados em montanhas claras. Um dos principais achados do artigo é que os camundongos claros e escuros são diferentes devido à produção de dois pigmentos. Camundongos de pêlo claro têm seus melanócitos (células produtoras de pigmento) produzindo a substância clara feo-melanina, enquanto camundongos de pêlo escuro produzem a substância escura eumelanina. Esta distinção faz com que camundongos de pêlo claro consigam refletir muito mais a luz que camundongos de pêlo escuro e tem caráter adaptativo.

O segundo problema é mais difícil de ser resolvido. Este problema é o de identificar quais mudanças no genoma dos camundongos (DNA) são responsáveis pelas mudanças na cor do pêlo ao longo da evolução. Achar essas diferenças no DNA sem nenhuma pista seria como achar uma agulha num palheiro. Hoekstra e colaboradores então se utilizaram de uma pista. Eles sabiam que um gene chamado Agouti está envolvido, em camundongos de laboratório, na regulação da produção de feomelanina, logo este gene seria um candidato natural para explicar a variação. Usando várias técnicas genéticas e moleculares foi determinado que, de fato, mudanças na regulação (quantidade) do gene Agouti estão envolvidas na diferença da cor do pêlo claro e escuro. Além disso, foi encontrada uma deleção (perda) de um aminoácido na população de camundongos com pêlo claro se comparado com camundongos de pêlo escuro, sugerindo que uma mudança na região que dá origem à proteína (codificante) também ocorreu. Como os próprios autores reconhecem, não está claro qual a contribuição de cada uma destas modificações, codificante ou não-codificante, para a mudança da cor do pêlo nestas populações. Esta questão deverá ser abordada em estudos futuros.

Para finalizar, os pesquisadores demonstram através de testes clássicos de genética de população que as mudanças no DNA encontradas nos camundongos claros atuais ocorreram depois da formação das montanhas de areia branca, que ocorreu há 10.000 anos. Estes resultados vão contra recentes estudos que propõem que caracteres adaptativos são selecionados a partir da variação genética já existente em populações. Mas essa discussão eu deixo pra outro post....O importante aqui é dizer que foi descoberto algo que Darwin não sabia (e nem poderia)...

Linnen CR, Kingsley EP, Jensen JD, & Hoekstra HE (2009). On the origin and spread of an adaptive allele in deer mice. Science (New York, N.Y.), 325 (5944), 1095-8 PMID: 19713521

Entrevista: José Garcia Abreu

Caros leitores,
Estamos dando início a uma série de entrevistas com pesquisadores brasileiros
na área de Biologia do Desenvolvimento/Evo-Devo. É com grande prazer que temos como primeiro convidado o Professor José Garcia Abreu, chefe do Laboratório de Embriologia dos Vertebrados do Instituto de Ciências Biomédicas/UFRJ.


1. O que o levou a realizar uma carreira em Biologia do Desenvolvimento/Evo-Devo?

Dois fatores foram determinantes para esta escolha: 1) eu ter feito um curso da cátedra UNESCO em BD, cujo o tema era modelos de estudo em BD. Isso ocorreu em 1998 quando terminava meu doutorado. Nessa ocasião fiquei particularmente interessado em Xenopus, tive meu primeiro contato com os embriões e aprendi dissecar o ectoderma animal. Outro fator importante foi o fato de ter feito meu doutorado em Neurobiologia do desenvolvimento e durante este período lendo artigos me interessei por desenvolvimento mais precoce (blástula e gástrula).

2. Na sua opinião, qual foi trabalho científico mais importante na Biologia do Desenvolvimento/Evo-Devo?

É muito difícil responder esta questão, mas sem dúvida destaco os que foram contemplados com o Nobel, Spemann e Magold, 1924 e Nusslein-Volhard e Wieschaus,1980. As descobertas destes trabalhos foram seminais e ainda hoje são matéria base a qualquer nova descoberta. Outros trabalhos foram também importantes.

3. Quais as vantagens e desvantagens de se fazer Biologia do Desenvolvimento no Brasil?

A principal vantagem e que como ainda é um campo novo pode atrair novos talentos e como é multidisciplinar permite interações com diversos grupos locais que investigam outras temáticas. Por outro lado, é muito dificil estabelecer modelos novos como anfibios (Xenopus) e camundongo. O primeiro pelos entravés de importação e o segundo pelo custo e dificuldade de manutenção em condições adequadas.

4. Quais são as perguntas que você gostaria de responder em seu futuro científico ?

Muitas, mas se conseguisse contribuir para entender o que define posicionamento e destino a uma célula embrionária já ficaria satisfeito.

5. Quem mais o influenciou na sua carreira científica?

Muitos professores foram importantes no delineamento de minha careira e nesta entrevista não haveria espaço pra tantos nomes, mas no Brasil destacaria dois pesquisadores que conheci durante minha formação inicial e tenho relacionamento ate hoje, Vivaldo Moura Neto e Leny Cavalcante. Eles sabem dizer aquilo que você precisa ouvir. Através deles conheci muitos outros no Rio e pelo mundo. Fora do Brasil, o Professor Eddy De Robertis também me influenciou muito. Atualmente estou convivendo com o professor Xi He que é um cientista muito intenso, com uma cabeça genial e que aos 47 anos já é full professor em Harvard Medical School e é um dos líderes mundiais na sua area, Wnt no desenvolvimento e na doença.

6. Que outra profissão voce teria escolhido que nao a carreira científica?

Não sei mas seria algo relacionado à descoberta ou à busca de algo.


Em nosso nome, obrigado e muito sucesso Garcia.

Dentes de crocodilo, bico de galinha

Há aproximadamente 300 milhões de anos, o ancestral de todos os vertebrados modernos deu origem às linhagens dos mamíferos e dos répteis e aves. Répteis, possuem dentes em forma de cone, assim como dinossauros ancestrais de aves. Entretanto, aves modernas, que surgiram 80 milhões de anos atrás, não possuem dentes.

Dentes, assim como membros e outros apêndices presentes no ancestral de vertebrados modernos, foram modificados ou mesmo perdidos de forma independente diversas vezes ao longo da evolução. Nos casos de caracteres perdidos, uma pergunta intrigante do ponto de vista da biologia evolutiva e de desenvolvimento é o quanto do programa de desenvolvimento ainda se faz presentes em espécies que perderam um determinado caractere? No caso das aves, a pergunta é: quanto do programa genético para formação de dentes ainda está presente? É possível reativar este programa e promover formação de dentes em aves modernas? Que dentes estas aves formariam?

E foi a resposta para estas três perguntas que Matthew Harris, aluno de doutorado no laboratório de John Fallon, e colaboradores na Universidade de Wisconsin, encontraram em 2006. Os resultados deste fantástico estudo com o mutante talpid foram publicados na revista Current Biology. Resumindo, Harris e colaboradores, estudando o mutante talpid (provavelmente devido às alterações na formação de membros – foco deste laboratório) observaram que estes também possuiam alterações na formação do bico. Análise cuidadosa revelou a formação de proeminências no limite lateral da cavidade oral, que histologicamente se assemelhavam a dentes de crocodilos.

Os pesquisadores compararam o desenvolvimento de dentes em crocodilos e na galinha mutante, estudando genes envolvidos com a formação de dentes como shh, ptc (o receptor a proteína Shh), pitx2, e bmp4. O que descobriram foi uma incrível semelhança espaço-temporal na expressão destes genes entre crocodilos e galinhas mutantes. Vale notar que os genes pitx2 e bmp4 sequer são expressos na cavidade oral em aves.

Por fim, os autores mostraram que as alterações na cavidade oral em galinhas mutantes resultaram no reposicionamento do epitélio com potencial sinalizador, colocando-o em contato com o mesênquima competente para produção de dentes. Os tecidos são normalmente separados durante a formação do bico em aves e os autores especulam que a perda dos dentes é resultado da separação do epitélio e o mesênquima competentes para formação de dentes. Nas aves mutantes, estes tecidos são postos em contato novamente e, conseqüentemente, formam-se dentes!

Este estudo representa mais um exemplo no qual uma estrutura é modificada não pela perda ou invenção de novos genes, mas pela utilização (ou não) destes. Por fim, este trabalho indica que algumas vias de desenvolvimento desativadas há muito tempo (neste caso, há 80 milhões de anos) podem ser reativadas.

Harris MP, Hasso SM, Ferguson MW, & Fallon JF (2006). The development of archosaurian first-generation teeth in a chicken mutant. Current biology : CB, 16 (4), 371-7 PMID: 16488870

Uma aranha com dois pares de patas ?

Em um estudo publicado na edição online da revista científica Current Biology desta semana (http://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822(09)01378-5) pesquisadores da Universidade de Colônia, Alemanha estudando a formação dos segmentos da aranha Achaearanea tepidariorium conseguiram um feito inédito, geraram aranhas com dois pares de patas ao invés dos quatro pares habituais através de nocaute gênico via interfêrencia de RNA (iRNA). O grupo contou com a participação da brasileira Natália Martins Feitosa aluna de doutorado da Universidade de Colônia, que trabalhou no laboratório de Wim Damen (líder do artigo) durante sua especialização na Alemanha.

Uma das principais perguntas da área de Evolução e Desenvolvimento atual é sobre a origem e a diversificação da formação dos segmentos nos diferentes grupos animais. Alguns grupos acreditam que a segmentação foi inventada diversas vezes nos diferentes grupos de animais, enquanto outros propõem uma origem única deste processo. Um dos principais problemas para resolver dessa questão é que os estudos de biologia do desenvolvimento atuais tem se concentrado em espécies pertencentes a grupos derivados filogeneticamente como as moscas-da-fruta Drosophila melanogaster e o nematódeo nao-segmentado C. elegans.

Embriões de mosca-da-fruta, por exemplo, formam todos os segmentos da cabeça ao abdômen ao mesmo tempo, pois seu desenvolvimento embrionário é muito rápido, em torno de um dia. Ao contrário, quelicerados como a aranha utilizada no estudo e vertebrados como nós humanos levam muito mais tempo para se desenvolverem e tem a formação de seus segmentos em dois processos distintos, o primeiro no início do desenvolvimento embrionário na parte mais anterior e o segundo na região posterior, a chamada zona de crescimento ("growth-zone").

A primeira autora do estudo, atualmente realizando seu pós-doutorado em Harvard, Evelyn Schwager destaca que o artigo demonstra que dois mecanismos genéticos distintos estão envolvidos na segmentação nas regiões anterior e posterior na aranha.

O grupo de Wim Damen já havia ficado famoso alguns atrás ao publicar um artigo na revista Nature mostrando que a mesma via de sinalização, a via de Notch, é responsável pela segmentação da região posterior de aranhas. Notch é importante para a formação dos segmentos posteriores também em vertebrados como nós, mas nao é necessário para este processo em moscas-da-fruta que tem o desenvolvimento rápido e sincronizado de todos os segmentos. Em moscas-da-fruta o mecanismo envolvido na padronização de região anterior envolve vários fatores de transcrição, incluindo hunchback, cujo papel foi analisado pelo presente estudo em aranhas. No fim das contas gerar uma aranha com apenas dois pares de patas foi possível pelo presente estudo (os fascinantes filmes com aranhas selvagens e iRNA para hunchback podem ser encontrados em: http://www.cell.com/current-biology/supplemental/S0960-9822(09)01378-5).

É importante ressaltar que estas aranhas com dois pares de patas não sobrevivem muito tempo provavelmente por não serem capazes de realizarem de forma eficiente tarefas usuais como capturar insetos ou manipular a teia que produzem. No fim das contas, Darwin já mostrou há 150 anos que a selecao natural é responsável por selecionar as variantes mais aptas e não é a toa que
as aranhas possuem quatro pares de patas há muitos milhoes de anos.....

Schwager EE, Pechmann M, Feitosa NM, McGregor AP, & Damen WG (2009). hunchback functions as a segmentation gene in the spider Achaearanea tepidariorum. Current biology : CB, 19 (16), 1333-40 PMID: 19631543

Blog agora tem dois autores!

Caros amigos,
é com grande prazer que anuncio que o blog agora possui um novo autor/colaborador: Rodrigo Fonseca.
Rodrigo é doutor e pós-doutor em Biologia do Desenvolvimento (Embriologia) pela Universidade de Colônia, Alemanha e atualmente professor e pesquisador do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade Federal do Rio de Janeiro - Campus Macaé - atuando na área de Biologia Evolutiva do Desenvolvimento.
Eu e Rodrigo vamos dividir a tarefa de manter o blog atualizado e de divulgar as descobertas na área da Evo Devo.

Matéria na Folha de SP de domingo (6-28-9)

Grupo busca em fósseis e DNA origem de mãos e pés

Experimento feito por brasileiro nos EUA visa produzir membros em lampreia

Paraense de 28 anos quer saber se os genes que dão patas aos animais terrestres já estavam presentes nessa espécie primitiva de peixe

CLAUDIO ANGELO
ENVIADO ESPECIAL A CHICAGO

"Quer segurá-lo? Pode segurá-lo. Só não o deixe cair."
O paleontólogo Neil Shubin estende um pedaço de rocha vermelha que acaba de retirar de uma caixa de acrílico forrada com espuma. Sem ousar trazê-la para muito longe da gaveta onde fica guardada, aproximo o olho da peça. E os contornos do osso ficam claros. Ali, na minha mão, está um pedaço da pata dianteira do Tiktaalik roseae, um dos vertebrados fósseis mais importantes do mundo.
O próprio ato de pegar o osso fossilizado de 375 milhões de anos é possível graças ao Tiktaalik. Afinal, esse peixe que habitou a região que hoje é o Ártico canadense foi, por assim dizer, o inventor daquilo que se transformaria nas mãos e nos pés dos seres humanos. Antes dele, tudo o que havia nos animais eram nadadeiras. O Tiktaalik roseae criou as patas.
Descrito em 2006 na capa da revista "Nature" por Shubin e seus colegas Farish Jenkins e Ted Daeschler, o fóssil sacudiu o universo da paleontologia. Tratava-se de um perfeito elo perdido: um animal que mistura características de peixe e anfíbio e que pode ajudar a explicar como os animais conquistaram a terra firme, no Período Devoniano (entre 408 milhões e 362 milhões de anos atrás).
Assim como o Tiktaalik, o laboratório de Shubin na Universidade de Chicago, nos EUA, é um híbrido estranho. Ali, fósseis, moldes de fósseis e uma imensa prancheta para desenhar ossos dividem espaço com microscópios, uma máquina de amplificação de DNA, uma centrífuga e várias outras traquitanas de biologia molecular.
As pesquisas desenvolvidas ali têm um objetivo nada modesto: "Queremos entender a origem dos vertebrados terrestres e como os organismos surgem", diz o pesquisador. Para isso, ele seus colegas vasculham ao mesmo tempo os dois grandes conjuntos de evidências à disposição dos cientistas: os fósseis das criaturas extintas e o DNA das atuais.
A poucos metros de onde os restos mortais do Tiktaalik são mantidos trancados -por razões de segurança, depois que Shubin passou a receber ameaças por telefone de criacionistas furiosos-, um brasileiro se dedica a desvendar a parte genética dessa equação: o embriologista paraense Igor Schneider, 28, aluno de pós-doutorado de Shubin.
Schneider é um especialista em evo-devo, ou evolução do desenvolvimento. Essa área da biologia se dedica a estudar a maneira como os embriões se desenvolvem em busca de marcas registradas da evolução.
"É a área do futuro", conta o pesquisador. "Hoje finalmente a gente tem tecnologia para responder às perguntas relevantes -como surgiram as grandes estruturas na evolução, por exemplo."
Na semana passada, Schneider conduziu um experimento para desvendar a origem de uma dessas grandes estruturas: os chamados apêndices pareados, que resultaram nas barbatanas e nas patas. Ele foi procurá-las num lugar insuspeito: o corpo da lampreia, um peixe extremamente primitivo que não tem nadadeiras pareadas.
O cientista quer saber se o "modelo básico" dos vertebrados, do qual a lampreia é o principal representante vivo -ela consiste basicamente de um tubo com uma coluna no meio-, já possuía os genes que dão origem às barbatanas dos peixes e aos braços e às pernas dos mamíferos.
Para isso, ele injetou em embriões de lampreia uma sequência de DNA que ele isolou do paulistinha, um peixe comum de laboratório, e que, acredita, regula a ativação do gene Shh, responsável pela produção dos apêndices.
Essa sequência de DNA, conhecida como ZRS, não traz a receita para a fabricação de nenhuma proteína. Poderia ser facilmente descartada como "lixo" genômico, não fosse um detalhe intrigante: ela tem trechos virtualmente idênticos em animais separados por centenas de milhões de anos de história, como humanos e tubarões. É como se a evolução a tivesse mantido conservada de propósito, por um bom motivo.
E o motivo, acredita Schneider, é ordenar ao Shh que produza membros pareados.
"Só seríamos capazes de verificar isso procurando sinais de membros num bicho que não tem membros", diz.

Cientistas vão ao Ártico no fim do ano buscar peixe com dedos

DO ENVIADO A CHICAGO

Ninguém sabe ainda o que acontecerá com os embriões de lampreia que receberam o DNA do peixe paulistinha. No melhor dos cenários, caso a hipótese de Igor Schneider esteja certa, a sequência reguladora do paulistinha produzirá daqui a duas semanas bichos bem bizarros -lampreias com pares de barbatanas laterais.
"Pode ser que da primeira vez não dê certo, algo raro em ciência", ironiza (coisas dão errado o tempo todo em ciência).
Se der certo, será mais uma humilhação que os evolucionistas impõem à humanidade: saber que os mesmos genes que formam a mão humana, tida e havida como o suprassumo da Criação, já estavam presentes na lampreia, uma das criaturas mais detestáveis do planeta.
Seria também mais uma evidência de que as grandes transições evolutivas, que cientistas como Schneider e Shubin tentam entender, dependem menos de mutações nos genes que codificam proteínas e mais de sequências reguladoras - que até pouco tempo atrás eram chamadas de "DNA-lixo".

Peixe fora d'água
Enquanto isso, Neil Shubin e Ted Daeschler planejam para o fim do ano uma nova expedição ao Ártico em busca de fósseis.
"Quero ver um peixe com dedos", diz Shubin. Um intermediário entre o Tiktaalik e os anfíbios, que tem tudo para despertar mais fúria criacionista.
A equipe passará três meses revirando rochas de 5 milhões a 10 milhões de anos mais jovens que aquelas onde o Tiktaalik foi descoberto, mas que se formaram no mesmo ambiente: águas rasas e mornas, "como as de regiões da Amazônia de hoje". Nesses igarapés devonianos, repletos de predadores vorazes, diz Shubin, sair da água provavelmente se tornou uma estratégia de sobrevivência. "Parece que nossos ancestrais evitaram a luta."

Quebrando a simetria bilateral

Vertebrados, em geral, parecem perfeitamente simétricos em relação ao eixo esquerdo-direito. Em outras palavras, se você traçar uma linha da cabeça aos pés, dividindo o corpo em duas metades – esquerda e direita – observará que uma aparenta ser a imagem espelhada da outra.
Mas isso só é verdade por fora: por dentro impera a assimetria.

Coração deslocado para a esquerda, fígado pra direita, estômago para a esquerda, intestino para todos os lados! Sem falar em assimetrias funcionais como no cérebro.

A “quebra” da simetria bilateral é um tópico de intensa pesquisa na área de biologia do desenvolvimento e evolução, tanto pelo desafio que ela impõe à anatomia animal, quanto pela enigmática razão pela qual a assimetria em vertebrados, ao menos da forma como a conhecemos, foi selecionada durante a evolução.

Um embrião de vertebrado no estágio de nêurula já possui um corpo tubular com uma cabeça e o tubo neural em formação. Entretanto, neste estágio o embrião parece bilateralmente simétrico. É neste momento que antecede a formação dos principais sistemas de órgãos que o desenvolvimento embrionário encara uma difícil tarefa: gerar um embrião bilateralmente simétrico onde os órgão internos são assimetricamente posicionados.

Uma série de genes estão envolvidos neste processo, como Nodal, Pitx2, FGF8, Shh, para citar alguns (quem sabe assunto para futuros posts). Porém gostaria de direcionar o foco para um “órgão”, presente somente em vertebrados, que se forma no estágio de gástrula e desaparece logo que os órgão começam a assumir posicionamento assimétrico.
Em sapos, camundongos, e aves, este "órgão" é conhecido como nódulo, e em peixes como vesícula de Kupffer (ou VK: a imagem ao lado mostra as células da VK marcadas de verde, com cílios marcados de vermelho). Apesar da forma deste órgão variar de acordo com cada organismo, em todos eles existe um aspecto em comum: o nódulo (ou a VK) possui cílios que batem coordenadamente de tal forma que o líquido dentro do nódulo flui da direita para a esquerda e, de alguma maneira misteriosa, resulta na expressão de certos genes somente no lado esquerdo do embrião! Como resultado, estes genes coordenam o posicionamento assimétrico dos órgãos.

Vários experimentos elegantes mostram a importância do nódulo e seus cílios para o posicionamento assimétrico dos órgãos: quando o fluxo do fluido dentro do nódulo é artificialmente revertido, camundongos se desenvolvem com os órgãos epelhados. Doenças humanas hereditárias que afetam a formação de cílios e flagelos resultam em alterações na lateralidade dos órgãos. Quando um gel é injetado na VK de peixes de tal maneira que os cílios ficam imóveis, os órgãos internos não assumem posicionamento assimétrico, e o coração permanece como um tubo reto (como um cabo de guerra onde não há vencedor).

Ao mesmo tempo que este nódulo coordena a expressão de genes em um só lado do corpo, também promove a formação simétrica dos somitos (blocos de tecido que dão origem principalmente à musculatura do corpo). O modo pelo qual esta estrutura consegue gerar sinais assimétricos e ao mesmo tempo coordenar a formação simétrica dos somitos esta apenas começando a ser compreendido.

Mas qual a força que conduziu à evolução da assimetria dos órgãos internos? Talvez para melhor compactar os órgãos dentro do corpo? Porém a assimetria em sí resultou em outros “problemas” a serem resolvidos, como por exemplo a necessidade de um sistema complexo e extremamente assimétrico de veias e artérias, percorrendo os mais tortuosos caminhos, para irrigar estes órgãos dispostos de forma tão bizarra.

Outra questão diz respeito ao viés à esta conformação em particular. Se todos os órgãos fossem posicionados exatamente de forma espelhada em relação à conformação “normal”, o organismo funcionaria perfeitamente, como é o caso em algumas raras condições onde o paciente tem os órgãos invertidos (geralmente só se descobre tal condição na mesa de operação, quando o médico procura o coração no lado esquerdo e encontra no lado direito!).

Porque, então, possuir os órgãos em posição espelhada é tão raro?

Alguns acreditam que esta seja uma barreira imposta à evolução pela biofísica das moléculas que formam o cílio: as proteínas que compõem o cílio são “montadas” de tal maneira que o cílio roda para uma única direção para gerar o movimento de chicote. Por causa desta quiralidade intrínseca dos cílios, o fluxo dentro do nódulo é sempre da direita pra esquerda e pouco (ou nada) pôde fazer a evolução à respeito disso.

Diversos exemplos de assimetrias existem no reino animal e muitos não envolvem cílios. A evolução parece ter encontrado várias outras maneiras de gerar assimetria, como àquela presente nas conchas de moluscos, ou mesmo nos olhos do linguado, pois estes inicialmente são posicionados lateralmente e a metamorfose que gera a migração do olho é causada por ação hormonal.

Por fim, este é um assunto no qual trabalhei durante o doutoramento e por conseqüência tenho considerável interesse. Logo, assim que souber de novas descobertas, comentarei aqui no blog!

Cadê as pernas do peixe-boi? Pitx1 pode ter a resposta

A evolução dos membros anteriores e posteriores (braços e pernas) permitiu aos vertebrados adaptarem-se aos mais diversos ecossistemas. Interessante observar que braços e pernas, apesar de utilizarem muitos dos mesmos genes para sua construção, parecem evoluir como módulos independentes, dando origem a membros anteriores morfológica e funcionalmente diferentes de membros posteriores (aves possuem asas e patas).

Outra ocorrência comum entre vertebrados, provavelmente resultante desta “modularidade “, é a redução ou perda completa de membros posteriores. Em muitos mamíferos aquáticos, como o peixe-boi (para escolher um exemplo da minha querida Belém), membros posteriores são muito reduzidos ou vestigiais.

Mas que alteração genética poderia causar a perda de membros posteriores, durante o desenvolvimento embrionário, sem afetar a formação de membros anteriores e outros órgãos? É possível identificar a alteração genética que causou a redução dos membros posteriores no peixe-boi? Essas são perguntas características da área de Evo Devo. E as respostas começaram a vir em 2004, com a ajuda de um peixinho conhecido aqui como stickleback (Teleostei, Gasterosteidae).

Os sticklebacks marinhos possuem nadadeiras posteriores (pélvicas) modificadas, em forma de espículas. As espécies de água doce, por sua vez, possuem a pélvis extremamente reduzida. Acredita-se que na espécie marinha essas “espículas pélvicas” protegem o peixe de predadores. Através de cruzamentos entre as duas espécies, os pesquisadores liderados pelo Dr. David Kingsley, da Universidade de Stanford, nos EUA, identificaram o gene associado com a redução da pélvis: pitx1 – um fator de transcrição (surpresa...).

O pitx1 já havia sido identificado antes como um gene importante para desenvolvimento de membros posteriores, e camundongos mutantes para este gene possuem patas traseiras reduzidas. Problema resolvido então! Sticklebacks de água doce também devem possuir a versão mutante do pitx1. Mas a história não é tão simples assim...

Ao analisar a seqüência do gene do pitx1 em sticklebacks de água doce, os pesquisadores constataram que esta era idêntica àquela de sticklebacks marinhos. Entretanto, quando analisaram a expressão deste gene (o RNA que ele produz), viram que o padrão era idêntico entre os dois peixes, exceto na região pélvica: sticklebacks de água doce não produziam pitx1 na pélvis. Ou seja, o gene não foi alterado, porém a expressão na pélvis foi, indicando que a mutação responsável pela redução da pélvis não altera o gene em sí, mas sim a região que controla a expressão do gene na pélvis.

Se você está achando esta história interessante (e comprida!), aguarde, pois tem mais!

O pitx1, como o nome sugere, tem um primo (para os geneticistas de plantão, um parálogo), pitx2. Este último é produzido somente no lado esquerdo do corpo e participa na definição do eixo esquerdo-direito (assunto para outro post). O curioso é que o pitx2 consegue suprir parcialmente a ausência do pitx1, porém só do lado esquerdo. Como resultado, tanto em camundongos mutantes e sticklebaks de água doce que não possuem pitx1 na pélvis, o membro do esquerdo é um pouco mais desenvolvido que o direito. Esta assimetria da perda de membros posteriores e característica da falta de pitx1, compensada parcialmente no lado esquerdo pelo pitx2. E aí entra o peixe-boi, que possuem membros vestigiais, porém o membro posterior esquerdo é consistentemente mais desenvolvido que o direito! Provavelmente o nosso peixe-boi também utilizou do mesmo artifício que os sticklebacks de água doce para reduzir a pélvis.

Recentemente, um passarinho pernambucano me contou que o grupo liderado pelo Dr. Kingsley tornará público mais um capítulo desta fantástica história. Saindo lá, sai aqui!

Shapiro MD, Marks ME, Peichel CL, Blackman BK, Nereng KS, Jónsson B, Schluter D, & Kingsley DM (2004). Genetic and developmental basis of evolutionary pelvic reduction in threespine sticklebacks. Nature, 428 (6984), 717-23 PMID: 15085123

Shapiro MD, Bell MA, & Kingsley DM (2006). Parallel genetic origins of pelvic reduction in vertebrates. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 103 (37), 13753-8 PMID: 16945911

Gosta de conversar? Agradeça ao Foxp2

Alguns anos atrás, se você dissesse em uma roda de geneticistas que estava pesquisando o gene (ênfase na singularidade!) responsável pela evolução da linguagem em humanos, com certeza não seria levado muito à sério.

A habilidade de linguagem é característica distintiva da espécie humana e certamente pré-requisito para a evolução de nossa cultura e civilização. A capacidade de articular pensamentos em palavras certamente dependeu de inovações anatômicas da faringe e boca, assim como do cérebro. Por essas e outras razões, qualquer pessoa imaginaria que o surgimento da habilidade de linguagem dependeria da evolução de vários genes.

Este palpite é muito provavelmente correto. Porém, muitos imaginavam que qualquer gene, quando estudado em isolamento, pouco revelaria sobre a evolução da linguagem. Este último palpite parece hoje estar errado!

Na década de 90 uma família inglesa chamou a atenção da comunidade científica, pois aproximadamente metade dos membros possuíam, entre outros defeitos, problemas em movimentos faciais e dos lábios, e a incapacidade articular palavras.

Em 2001, pesquisadores da Universidade de Oxford, na Inglaterra identificaram uma mutação associada à doença. O gene: Foxp2. O aspecto mais interessante do achado que poucos comentam: o gene é um fator de transcrição. Este tipo de proteína se liga no DNA para controlar a expressão de múltiplos genes. Ou seja, mutações no Foxp2 tem o potencial de alterar a produção de múltiplos genes, o que possivelmente explica o conjunto de defeitos presentes na família inglesa mencionada acima.

Quando comparada com a seqüência de outros primatas, a versão (haplótipo) humana do Foxp2 possui um padrão único de seqüência de aminoácidos que indica seleção positiva, ou seja: este gene esteve evoluindo rapidamente na linhagem que levou ao homem. A análise de DNA de neandertal revelou que estes já possuíam o haplótipo do homem moderno.

O tema voltou à tona pois o grupo do Dr. Svante Pääbo, do Instituto Max-Planck em Leipzig, Alemanha, gerou um camundongo onde o gene do Foxp2 foi alterado para se assemelhar ao haplótipo humano. O camundongo não saiu falando, mas exibiu alterações de comportamento, algumas alterações no cérebro, e o mais esperado: alteração na vocalização!

O Foxp2 pode não ser o “gene da linguagem”, e com certeza muito menos o “gene da gramática”, como alguns ousaram reportar. Mas certamente parece ter tido papel importante na evolução da capacidade da fala em humanos.

Recentemente, um grupo japonês gerou um macaco sagüi transgênico, contendo o gene que codifica a proteína fluorescente GFP, abrindo caminho para a transgenia em primatas não-humanos. O que aconteceria com um primata não-humano contendo a cópia humana do Foxp2?

Ida: um fóssil vs. a mídia

Nada a respeito deste fóssil é ordinário.

A vida de Ida, o mais completo fóssil de primata encontrado até então, termina às margens de um lago vulcânico em uma floresta paratropical no Eoceno, aproximadamente há 45 milhões de anos. Ali começa a saga de um fóssil que, após uma seqüência de circunstancias extraordinárias, torna-se peça central de uma orquestrada cobertura jornalística raramente rendida a um achado paleontológico.

Entre 1971 e 1985, a atividade de empresas de prospecção de petróleo que trabalhavam em um sítio em Messel, Alemanha, resultou na exposição de sedimentos contendo fósseis. Quando a prospecção terminou, o sítio passaria a ser utilizado como área de depósito de lixo. Neste meio tempo, paleontólogos iniciaram escavações na área, mas a urgência em concluir os trabalhos de coleta comprometeu a qualidade e integridade dos fósseis.

O fóssil de Ida, fragmentado em duas partes, terminou nas mãos de um colecionador. Este, por sua vez, vendeu a parte substancialmente menos conservada e completa à um museu em Wyoming, EUA, alegando que este era o fóssil completo. Para piorar a situação, partes do fóssil que foi para o museu foram alteradas para fazê-lo parecer mais completo. Somente em 2000, foi descoberto que o colecionador havia retido a metade mais preservada do fóssil. Em 2007, o museu de história natural de Oslo comprou a metade do colecionador, e finalmente, paleontólogos puderam dar início aos estudos que culminariam na publicação da descoberta de Ida.

Mas a tortuosa saga de Ida ainda não estava completa.

Quando uma descoberta paleontológica é realmente revolucionária ou marcante, é de costume que esta seja publicada nas revistas Science ou Nature, as mais lidas e respeitadas revistas científicas de nossa época. Ida foi “publicada” na revista PLOS One, que tem um fator de impacto dez vezes menor que Science ou Nature. Entre os pesquisadores envolvidos na descoberta de Ida estão paleontólogos sérios e importantes como Philip D. Gingerich, famoso pelos fósseis de ancestrais de baleias. Os autores sabem que Ida não representa um elo entre macacos e humanos e nem sequer sugerem que Ida possa ter sido nossa ancestral direta.

Ida é um fóssil extremamente bem preservado que ilumina aspectos relevantes sobre paleobiologia, morfologia e filogenia dos primatas do Eoceno. Mas o museu de Oslo queria algo mais de Ida (talvez para compensar os custos da aquisição do fóssil), e então, iniciou-se um grande espetáculo jornalístico envolvendo o Museu Americano de História Natural, History Channel, um filme a ser lançado, um livro, um website e cobertura televisiva da rede de TV ABC. Todo este esforço dedicado para vender a idéia de que Ida é o “elo perdido” entre humanos e macacos.

Esta cobertura jornalística presta um absoluto desserviço ao esforço coordenado dos últimos anos pela comunidade científica de divulgar a teoria da evolução ao público geral. A maioria dos paleontólogos concordam que Ida não é um elo perdido e que a atenção da mídia é desproporcional e indevida. Já consigo até imaginar criacionistas de plantão apontando esta incongruência como exemplo de que cientistas não concordam entre si, que tentam exagerar a relevância de seus achados e que achados paleontológicos anteriores e que estão por vir sofrem do mesmo mal.

Enfim, Ida resistiu às mais duras intempéries por 45 milhões de anos, para nos contar uma bela história de (talvez) primos distantes, porém não resistiu às pressões de uma força mais devastadora: a voracidade da mídia.

RNA world

Antes de existirem mamíferos, répteis, aves, peixes, plantas e insetos, deuterostômios e protostômios, antes de existirem procariotos e eucariotos, antes até mesmo das primeiras enzimas e do DNA, existia o mundo do RNA, ou RNA world.

Neste mundo ainda não existia vida celular, proteínas ainda não possuíam atividade enzimática e o DNA ainda não existia; neste estágio, moléculas de RNA executavam toda a atividade catalítica e de armazenamento de informação genética.

Esta é a principal hipótese para a origem da vida celular como conhecemos. A molécula de RNA teria surgido primeiro e dado origem ao DNA e ao processo para gerar proteínas. Dentre os mais importantes estudos que corroboram esta hipótese está a descoberta da ribonuclease P (RNaseP), um “agregado” de proteínas e RNA, onde uma molécula de RNA constitui a subunidade catalítica responsável pela a síntese de tRNA (RNA transportador). O achado rendeu o prêmio Nobel de química de 1980 para Walter Gilbert, Frederick Sanger e Paul Berg.

A chave para a vida é a evolução de um sistema composto por uma molécula que se auto-replique. Portanto, é possível que, na sopa primordial, a seleção natural operasse sobre moléculas de RNA, favorecendo aquelas que melhor catalisassem sua própria produção. Talvez o principal problema da hipótese envolvesse o surgimento da própria molécula de RNA. Ninguém até então havia sido capaz de gerar em laboratório, condições para o surgimento dos ribonucleotídeos que compõem o RNA.

Até ontem.

Nesta semana, a revista Nature publicou o trabalho do Dr. John D. Sutherland da Universidade de Manchester, UK, no qual os autores conseguiram gerar ribonucleotídeos, em condições consistentes com a geoquímica da terra primordial.

Acho interessante pensar que, até a publicação da Origem das Espécies 150 anos atrás, nada se sabia da origem ou do processo que chamamos de vida. Hoje, sob a luz da evolução, podemos entender o processo pelo qual microscópicas moléculas, há bilhões de anos, evoluíram nas mais complexas e variadas formas de vida. Darwin escreveu em seu famigerado livro:
“...from so simple a beginning endless forms most beautiful and most wonderful have been, and are being, evolved”.
Naquele momento, Darwin nem em sonho imaginaria o quão simples de fato foi o nosso começo.

Os olhos do linguado: unindo o que a evolução separou

Os Linguados (ordem Pleuronectiformes) compõem um grupo de peixes achatados que possui ambos os olhos localizados em um só lado da cabeça. Entretanto, durante o desenvolvimento embrionário, os olhos do linguado são simetricamente posicionados em cada lado da cabeça. A larva então passa por uma metamorfose, onde um olho (esquerdo ou direito – dependendo da espécie) ”migra” para o outro lado da cabeça.

Esta incrível transformação é alvo ativo de pesquisa no campo da biologia do desenvolvimento. Que sinais moleculares viabilizam esta metamorfose? Existe um viés molecular que determina se o olho esquerdo ou o direito migrará para o lado oposto?

Outro aspecto interessante sobre esta metamorfose é que o linguado ainda era utilizado como exemplo por criacionistas e proponentes do Intelligent Design como argumento contra a evolução. A lógica (se é que esta palavra pode ser empregada neste contexto!) por trás do argumento seria que a anatomia única do linguado não poderia ter evoluído gradualmente através da seleção natural, pois não haveria vantagem seletiva para intermediários que possuíssem olhos assimétricos, mas ainda localizados em lados opostos da cabeça.

As críticas de entusiastas do ID freqüentemente contam com a escassez no registro fóssil e no caso do linguado, nenhum peixe vivo ou extinto que possuísse uma condição intermediária jamais havia sido descoberto.

Então, em julho do ano passado, um aluno de doutorado daqui da Universidade de Chicago, Matt Friedman, publicou na revista Nature a descrição do fóssil do Amphistium, um ancestral do linguado que possui olhos em lados opostos da cabeça, porém com um dos olhos assimetricamente posicionado! E mais: Friedman encontrou múltiplos representantes do gênero Amphistium e de outro gênero extinto que ele chamou de Heteronectes.

O geneticista Robert Goldschmidt, em 1930, havia proposto que uma única mutação poderia resultar em alterações drásticas na anatomia, que em alguns casos confeririam vantagem seletiva. O achado de Friedman dispensa o “monstro de Goldschmidt” e indica que modificações graduais deram origem à anatomia singular dos linguados.