Pesquisadores da UNSW Sydney fizeram novas descobertas de diferenças fundamentais nos processos biológicos entre machos e fêmeas, ao questionar os sistemas cromossômicos sexuais únicos e diversos do ornitorrinco e da galinha.

As descobertas, publicadas em Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), são uma surpresa no campo da genética. As descobertas ajudarão a construir uma melhor compreensão de como os cromossomos sexuais evoluíram, como nossos corpos funcionam — e podem levar a novas descobertas em biologia.

"Mamíferos, como os humanos, têm fêmeas com dois cromossomos X e machos com um cromossomo X e um cromossomo Y, o que cria um desequilíbrio entre os sexos", diz o autor principal, Dr. Nicholas Lister, da Escola de Biotecnologia e Ciências Biomoleculares da UNSW.

"Esse desequilíbrio é corrigido por um processo chamado compensação de dosagem dos cromossomos sexuais."

Os cientistas sabem há muito tempo que os animais têm soluções para equilibrar as diferenças dos cromossomos sexuais e alcançar uma função "normal".

O Dr. Lister diz: "Em mamíferos fêmeas, como humanos e camundongos, as fêmeas XX e os machos XY têm números diferentes do cromossomo X. Para equilibrar essa diferença, um dos cromossomos X nas fêmeas é normalmente silenciado.

"Silenciar um cromossomo X em mulheres equaliza os produtos genéticos nos cromossomos sexuais.

"Isso impede que as fêmeas produzam o dobro de proteínas do X em comparação aos machos."

Cada célula do nosso corpo usa proteínas para executar funções específicas.

"Eles são traduzidos do mRNA, que carrega as instruções para as células produzirem proteínas", diz o líder da pesquisa, professor associado Paul Waters, também da Escola de Biotecnologia e Ciências Biomoleculares da UNSW.

"Ser homem ou mulher afeta os níveis de mRNA dos genes do cromossomo X, o que esperamos que afete a produção de proteínas ."

Mas o Prof. A/Waters diz que este estudo demonstra — pela primeira vez — que ocorre um equilíbrio de proteínas entre os sexos, mesmo quando os níveis de mRNA não estão equilibrados.

"As descobertas sugerem que a compensação de dosagem é um processo crucial em espécies com cromossomos sexuais diferenciados para garantir que os níveis de proteína estejam equilibrados", diz ele.

"Esses resultados são significativos, pois sugerem que a compensação da dosagem dos cromossomos sexuais é essencial, afinal — e em todas as espécies de vertebrados, não apenas em mamíferos placentários e marsupiais."

O estudo se concentrou no ornitorrinco e na galinha — duas espécies com sistemas de cromossomos sexuais muito diferentes que oferecem informações valiosas sobre a evolução e os mecanismos de compensação de dosagem.

"Os ornitorrincos são mamíferos monotremados, com sistemas cromossômicos sexuais interessantes", diz o Dr. Lister.

"Eles têm cinco pares de cromossomos X nas mulheres e cinco X e cinco Y nos homens.

"Pássaros — como galinhas — têm um sistema ZW, onde os machos têm duas cópias de um cromossomo Z e as fêmeas têm um cromossomo Z e um W."

O Prof. Waters diz que os cientistas já observaram uma compensação quase perfeita na dosagem de RNA dos cromossomos sexuais entre machos e fêmeas em mamíferos placentários e marsupiais.

"No entanto, em pássaros e monotremados, há um desequilíbrio de mRNA entre os sexos", diz ele.

"Isso é algo que pensávamos ser impossível.

"Pela primeira vez, mostramos que esse desequilíbrio é corrigido no nível de proteína.

"Isso significa que o ornitorrinco e a galinha têm um novo mecanismo de compensação de dosagem que é diferente de como nós, humanos, fazemos."

A coautora Professora Jenny Graves, do Departamento de Meio Ambiente e Genética da Universidade La Trobe, demonstrou que os genes no cromossomo X humano inativo não são copiados para o RNA em 1986.

O silenciamento no nível do RNA tornou-se então o paradigma para todo silenciamento epigenético.

"Como os genes foram silenciados pela falha em produzir RNA, o controle da compensação de dosagem foi assumido como estando apenas no nível do RNA, não no nível de produção de proteínas", diz o Prof. Graves.

"Mas os níveis de mRNA para genes nos cromossomos sexuais não estavam equilibrados no ornitorrinco ou na galinha", diz ela.

"Então, os cientistas questionaram a suposição de que a compensação da dosagem é essencial para a vida."

O Prof. Waters diz que medir os níveis de proteína tem sido uma tarefa muito mais complicada do que medir os níveis de mRNA, devido aos desafios tecnológicos.

"E agora que a tecnologia está mais sensível, podemos ver que a compensação de dosagem de cromossomos sexuais entre machos e fêmeas é observada no nível de proteína no ornitorrinco e na galinha", diz o A/Prof. Waters.

"Os machos e as fêmeas dessas espécies produzem quantidades semelhantes de proteínas, apesar das discrepâncias nas quantidades de mRNA."

Os autores enfatizam a complexidade da regulação genética e a importância de considerar múltiplos níveis de controle na expressão genética.

O coautor Dr. Shafagh Waters da Escola de Ciências Biomédicas da UNSW diz que o estudo abre caminho para uma compreensão mais profunda da regulação genética.

"Estudar espécies únicas como o ornitorrinco nos fornece novos insights sobre os mecanismos celulares e moleculares que podem regular vários aspectos da fisiologia humana ou estar implicados em estados de doença", diz ela.

"Portanto, embora esses processos possam não se aplicar diretamente à compensação de dosagem humana, eles esclarecem como nossos corpos gerenciam a expressão genética e a produção de proteínas.

"Nossas descobertas têm o potencial de avançar o conhecimento em biologia evolutiva e levar a terapias inovadoras em genética médica.

"Compreender esses mecanismos em diferentes espécies pode ajudar a identificar novos alvos para doenças em que a disfunção proteica é fundamental."

O Dr. Lister diz que pesquisas futuras examinarão os mecanismos que contribuem para a compensação da dosagem.

"Este trabalho nos ajudará a descobrir outros sistemas de compensação de dosagem na natureza", diz ele.

"Podemos descobrir como elas evoluíram e como funcionam em outras espécies."

O Prof. Waters diz: "Entender esses processos em outras espécies pode melhorar nossa compreensão da regulação genética em um nível fundamental."