Sem ossos, cérebro e até mesmo um intestino completo, os planos corporais de animais simples, como as anêmonas-do-mar, parecem ter pouco em comum com os humanos e seus parentes vertebrados. No entanto, uma nova pesquisa do investigador Matt Gibson, Ph.D., do Stowers Institute for Medical Research mostra que as aparências enganam e que um kit de ferramentas genética comum pode ser implantado de diferentes maneiras para conduzir o desenvolvimento embriológico para produzir corpo adulto muito diferente planos.
Está bem estabelecido que anêmonas do mar, corais e seus parentes medusas compartilharam um ancestral comum com os humanos que dobraram os antigos oceanos da Terra há mais de 600 milhões de anos. Um novo estudo do Gibson Lab, publicado na biologia atual em 13 de junho de 2023, ilumina a base genética para o desenvolvimento do plano corporal na estrela anêmona-do-mar, Nematostella vectensis. Esse novo conhecimento pinta um quadro vívido de como alguns dos primeiros animais da Terra progrediram de ovo a embrião e a adulto.
“Estudar a genética do desenvolvimento de Nematostella é como levar uma máquina do tempo para um passado muito distante”, disse Gibson. “Nosso trabalho nos permite perguntar como era a vida há muito tempo — centenas de milhões de anos antes dos dinossauros. Como os animais antigos se desenvolveram de ovo a adulto e até que ponto os mecanismos genéticos que orientam o desenvolvimento embrionário duraram milênios?”
A maioria dos animais contemporâneos, de insetos a vertebrados, desenvolve-se formando uma série de segmentos da cabeça à cauda que assumem identidades distintas dependendo de sua posição. Dentro de um determinado segmento, existe um outro eixo de polaridade que informa às células se elas estão na frente ou atrás do segmento. Coletivamente, isso é chamado de polarização de segmento.
Shuonan He, Ph.D., ex-pesquisador de pré-doutorado do Gibson Lab, descobriu genes envolvidos durante o desenvolvimento da anêmona-do-mar, Nematostella vectensisque guiam a formação de segmentos e outros que direcionam programas de polaridade de segmentos surpreendentemente semelhantes a organismos superiores na árvore evolutiva da vida, incluindo os humanos.
“O significado é que as instruções genéticas subjacentes à construção de planos corporais de animais extremamente diferentes, por exemplo, uma anêmona-do-mar e um ser humano, são incrivelmente semelhantes”, disse Gibson. “A lógica genética é basicamente a mesma.”
Este novo estudo se baseia em um estudo de 2018 publicado na Ciência do Gibson Lab, que mostrou que as anêmonas do mar têm uma simetria bilateral interna no início do desenvolvimento com oito segmentos radiais. O estudo demonstrou que Hox genes – genes de desenvolvimento mestre que são cruciais para o desenvolvimento humano – agem para delinear fronteiras entre segmentos e provavelmente tiveram um papel antigo na construção de segmentos.
A última descoberta da equipe explora como os segmentos se formam e o que explica as diferenças em suas identidades. Usando transcriptômica espacial, ou as diferenças na expressão gênica entre os segmentos, a equipe descobriu centenas de novos genes específicos do segmento. Estes incluem dois genes cruciais que codificam fatores de transcrição que governam a polarização do segmento sob o controle de Hox genes e são necessários para o posicionamento adequado dos músculos da anêmona-do-mar.
A espantosa diversidade de organismos na Terra pode ser comparada à montagem de Legos. “Quer você construa um dinossauro, uma anêmona-do-mar ou um ser humano, muitos dos principais blocos genéticos são praticamente os mesmos, apesar das formas animais drasticamente diferentes”, disse Gibson.
Esta é a primeira vez que os cientistas têm evidências de uma base molecular para a polarização do segmento em um animal pré-bilatério. Embora amplamente estudado em espécies bilaterais como moscas-das-frutas e humanos, a ideia de que animais cnidários possuem segmentação foi inesperada. Agora, a equipe tem evidências de que esses segmentos também são polarizados.
“Isso fornece mais evidências de que investigar uma ampla diversidade de animais pode ter implicações diretas para a compreensão dos princípios gerais, incluindo aqueles que se aplicam à biologia humana”, disse Gibson. “Indo um passo além, ao entender a lógica do desenvolvimento da anêmona-do-mar e compará-la com o que vemos nos vertebrados, também podemos extrapolar no tempo para entender como os animais provavelmente se desenvolveram centenas de milhões de anos atrás”.
Autores adicionais incluem Wanqing Shao, Ph.D., Shiyuan Chen, Ph.D., e Ting Wang, Ph.D.
Este trabalho foi financiado pelo National Institutes of Health (NIH) (prêmio: RO1HG007175, prêmio: U24ES026699, prêmio: U01CA200060, prêmio: U01HG009391, prêmio: U41HG010972) e apoio institucional do Stowers Institute for Medical Research. O conteúdo é de responsabilidade exclusiva dos autores e não representa necessariamente as opiniões oficiais do NIH.