Uma equipe internacional de pesquisa decodificou o genoma do vertebrado mais longevo conhecido: o tubarão da Groenlândia. Ele é enorme e tem capacidades especiais de reparo.
O tubarão da Groenlândia (Microcefalia sonhadora), um habitante esquivo das profundezas do Atlântico Norte e do Oceano Ártico, é o vertebrado mais longevo do mundo, com uma expectativa de vida estimada em cerca de 400 anos. Uma equipe internacional de cientistas mapeou o genoma do tubarão da Groenlândia pela primeira vez. “A análise dos dados sugere que o reparo aprimorado do DNA pode desempenhar um papel importante em sua extrema longevidade”, diz o professor Arne Sahm, da Faculdade de Biologia e Biotecnologia da Universidade Ruhr Bochum, Alemanha, e primeiro autor do artigo, que foi publicado em 11 de setembro de 2024 na plataforma bioRxiv. O trabalho da equipe para decodificar a composição genética do animal lançará nova luz sobre os mecanismos gerais que permitem a longevidade.
Um enorme genoma
Apenas alguns animais complexos podem sobreviver aos humanos. Exemplos surpreendentes são as tartarugas gigantes, como Jonathan, um espécime de 191 anos atualmente residindo em St. Helena. No entanto, esse recorde empalidece em comparação ao tubarão da Groenlândia.
O tamanho do genoma do tubarão representou um dos primeiros desafios do projeto. Com 6,5 bilhões de pares de bases, o código genético do tubarão-da-Groenlândia é duas vezes maior que o de um humano, e é o maior entre as sequências de genoma de tubarão até o momento. “Existem apenas alguns animais sequenciados até agora que têm um genoma ainda maior”, diz Arne Sahm, o primeiro autor do estudo, referindo-se ao axolote e aos estudos do genoma do peixe-pulmão publicados recentemente. Quanto ao axolote e ao peixe-pulmão, o enorme tamanho do genoma do tubarão-da-Groenlândia se deve principalmente à presença de elementos repetitivos e frequentemente autorreplicantes. Esses elementos transponíveis, às vezes chamados de genes saltadores ou egoístas e frequentemente considerados parasitas genômicos, respondem por mais de 70% do genoma do tubarão-da-Groenlândia. Curiosamente, um alto conteúdo de repetições é frequentemente considerado prejudicial, pois os genes saltadores podem destruir a integridade de outros genes e reduzir a estabilidade geral do genoma. No caso do tubarão-da-Groenlândia, no entanto, o alto conteúdo de repetições não parece ter limitado sua vida útil.
Genes saltadores sequestrados
Pelo contrário, Sahm e seus colegas suspeitam que a expansão de elementos transponíveis pode até ter contribuído para a extrema longevidade do tubarão-da-Groenlândia. Às vezes, outros genes mais funcionalmente relevantes podem “sequestrar” a maquinaria molecular codificada por elementos transponíveis para se multiplicar. A equipe sugere que vários genes regulares aproveitaram essa oportunidade durante a evolução do tubarão-da-Groenlândia. Surpreendentemente, muitos genes duplicados estão envolvidos no reparo de danos ao DNA. “Em cada uma de nossas células, o DNA sofre danos milhares de vezes todos os dias, e mecanismos moleculares especializados o reparam constantemente. Uma descoberta notável de estudos genômicos comparativos é que espécies de mamíferos de vida longa são excepcionalmente eficientes no reparo de seu DNA”, explica Alessandro Cellerino, neurobiólogo do FLI e da Scuola Normale Superiore (SNS) em Pisa. Assim, os resultados da equipe indicam que o reparo do DNA pode representar um mecanismo geral subjacente à evolução da longevidade excepcional. “Estamos tentados a especular que a evolução do tubarão da Groenlândia encontrou uma maneira de contrabalançar os efeitos negativos dos elementos transponíveis na estabilidade do DNA – sequestrando a própria maquinaria dos elementos transponíveis”, acrescenta Arne Sahm. Os pesquisadores também estão ansiosos para aprender mais sobre os mecanismos que controlam a disseminação dos elementos transponíveis. “Agora podemos começar a responder se o silenciamento dos elementos transponíveis nos tubarões da Groenlândia é diferente daquele em outras espécies”, diz Helene Kretzmer do Instituto Max Planck de Genética Molecular.
Centro de controle modificado
A equipe também encontrou uma alteração específica na proteína p53 – também conhecida como “guardiã do genoma”. Surpreendentemente, a p53 atua como um centro de controle que responde a danos no DNA em humanos e em muitas outras espécies. “Essa proteína sofre mutação em cerca de metade de todos os cânceres humanos e é o supressor de tumor mais importante que conhecemos. Portanto, é um gene essencial para a longevidade”, diz Steve Hoffmann, biólogo computacional do Fritz Lipmann Institute on Aging (FLI) em Jena, Alemanha. No entanto, estudos adicionais são necessários para mostrar até que ponto as mudanças observadas em genes críticos (como p53 e vias moleculares, por exemplo, duplicações de genes de reparo de DNA ou mudanças em supressores de tumor) contribuem para a longevidade excepcional dos animais.
Abra caminho para estudos posteriores
“Nosso projeto do genoma agora fornece uma base para muitos estudos independentes que nos ajudarão a entender melhor a evolução desta espécie notável”, ressalta Paolo Domenici do CNR – IBF Pisa. “Esta é uma das razões pelas quais decidimos disponibilizar o genoma imediatamente para a comunidade científica”, acrescenta Alessandro Cellerino. A sequência do genoma e os recursos da web correspondentes fornecidos pela equipe permitem que pesquisadores em todo o mundo analisem a versão do tubarão-da-Groenlândia de seus genes de interesse. “Este trabalho é uma pedra angular para uma melhor compreensão da base da fisiologia extrema do tubarão-da-Groenlândia. Além disso, ele nos ajuda a avaliar sua diversidade genômica e, portanto, o tamanho da população desta espécie vulnerável pela primeira vez”, comenta John Fleng Steffensen da Universidade de Copenhague, que estuda esses animais gigantes em campo nos últimos quinze anos.
Compreendendo melhor a longevidade
“O genoma do tubarão-da-Groenlândia é um passo essencial para entender os mecanismos moleculares do envelhecimento nesta espécie excepcionalmente longeva”, diz Steve Hoffmann. Os pesquisadores esperam que o estudo do tubarão-da-Groenlândia seja essencial para muitos outros organismos. “Explorar os fundamentos genéticos da enorme diversidade de vida útil na árvore da vida oferece uma perspectiva inteiramente nova para investigar os mecanismos que permitem uma longevidade excepcional”, explica Alessandro Cellerino.
Arne Sahm et al.: O tubarão da Groenlândia (Microcefalia sonhadora) Genoma fornece insights sobre longevidade extrema, 2024, DOI: 10.1101/2024.09.09.611499
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