Uma heresia epigenética?
Uma heresia epigenética?
A palavra 'epigenética' tornou-se bem popular, mas sua relação com a biologia evolutiva é frequentemente alvo de confusões e ferrenhas discussões, nem sempre muito proveitosas. Em seu sentido mais básico, atualmente, 'epigenética' [veja aqui também] diz respeito aos processos de rotulagem química do DNA (metilação de resíduos de citosina) e de compactação e descompactação da cromatina (por meio, por exemplo, da acetilação e desacetilação de histonas e outras modificações em proteínas associadas ao DNA) que podem causar mudanças mais ou menos persistentes nos padrões de expressão gênica das células que podem, inclusive, serem transferidas para as células descendentes, sendo uma das principais formas de manutenção dos estados de diferenciação de células e tecidos ao longo do desenvolvimento de organismos multicelulares, tendo diversas implicações importantes, inclusive em nossa saúde [1, 2, 3]. Até aí … nenhum problema!
Veja abaixo uma pequena introdução ao que é epigenética [pdf]:
Os problemas surgem, geralmente, quando falamos de certos tipos particulares de modificações epigenéticas que podem, não apenas serem passadas através das linhagens somáticas (isto é, em um único organismo), mas também serem transferidas a outras gerações por meio das linhagens meióticas, ou seja, dos gametas, principalmente, aquelas que pudessem ser induzidas por alterações ambientais. Este tipo de fenômeno é conhecido como 'herança epigenética transgeracional' [4, 5]. Tradicionalmente era presumido que mesmo que certas mudanças desta natureza ocorridas em uma geração fossem transferidas pelos gametas e chegassem ao zigoto, em certa fase do desenvolvimento embrionário, elas seriam completamente apagadas. Porém, muitos estudos, realizados nos últimos 30 anos ou mais, têm mostrado que isso nem sempre ocorre e que certos tipos de modificações epigenéticas podem sim serem transferidas há gerações futuras, não sendo apagadas durante o começo do desenvolvimento ontogenético dos animais e plantas. O fenômeno, portanto, é genuíno [4, 5].
Porém, embora, quando estas mudanças estão atreladas a expressão e herança de certas características fenotípicas, elas configurem um tipo de herança de caracteres adquiridos, isso não nos diz muito sobre sua importância em termos da evolução biológica. Um esclarecimento importante é que essas tais mudanças epigenéticas ('epimutações') induzidas por mudanças ambientais não são, via de regra (como alguns pensam ao contrapô-las a evolução por seleção natural) necessariamente adaptativas. Portanto, mesmo elas devem ser triadas por processos convencionais como a seleção natural e deriva genética, assim como as mutações convencionais, para que se tornem evolutivamente relevantes. Mas os problemas, entretanto, não terminam por aí. O maior problema é que, diferente das modificações nas sequências de DNA, as mudanças epigenéticas são 'meta-estáveis' e, portanto, muito mais lábis do que as mudanças genéticas tradicionais, o que põe ainda mais em questão sua relevância evolutiva [Veja esta também aqui e aqui]. Porém, novos dados podem mudar esta situação e levar a comunidade científica a olhar com mais carinho e atenção para a possibilidade das mudanças epigenéticas transgeracionais darem uma contribuição maior para a evolução do que normalmente a maioria dos biólogos evolutivos está propenso a atribuir-lhes.
As novidades vem do décimo quarto congresso da Sociedade Europeia de Biologia Evolutiva, realizado em Lisboa, Portugal, em agosto deste ano. Nele, o geneticista quantitativo Frank Johannes, pesquisador da Universidade de Groningen, na Holanda, entre outros trabalhos discutindo a epigenética e evolução, apresentou resultados que ele e seus colegas obtiveram que relacionam padrões de metilação no DNA com variação hereditária no tempo floração e no comprimento de raízes em diferentes cepas da mesma planta (a famosa Arabidopsis thaliana, um dos mais conhecidos organismo-modelo) nas oito gerações* que foram analisadas no experimento [6].
Neste estudo, os pesquisadores foram capazes de detectar precisamente regiões do DNA diferencialmente metiladas que foram responsáveis pela variação em questão, sendo também capazes de mostrar que as sequências de DNA, mais próximas e mais distantes destes sítios, eram praticamente idênticos em todas as linhagens, reforçando a ideia que os padrões eram herdados em virtude da transferência das marcas de metilação [6].
Esse trabalho teve suas origens na pesquisa realizada anteriormente por Vincent Colot, do Instituto de Biologia da Ecole Normale Supérieure, em Paris, e por Philippe Guerche e Frédéric Hospital, ambos da agência de pesquisa agrícola francesa, INRA. Sete anos atrás, estes cientistas haviam cruzado duas linhagens geneticamente quase idênticas de Arabidopsis, uma normal e outra em que faltava um gene cuja proteína ajudava a manter os padrões de metilação. Através de cruzamentos adicionais, os pesquisadores criaram 500 linhagens de Arabidopsis com padrões distintos de sítios com baixa e alta metilação em seus genomas, ou seja, um incrível catálogo de variação epigenética que permitiria aos cientistas relacionar estas variações com eventuais diferenças nas características físicas das plantas [6]. Porém, como afirma o geneticista Koen Verhoeven, do Instituto de Ecologia da Holanda, em Wageningen:
“Muitas evidências mais rigorosas são necessárias antes que se possa afirmar que a epigenética desempenha um papel muito importante na evolução.” [6]
Embora este ainda seja um delineamento completamente artificial e, portanto, as conclusões devam ser vistas com muito cuidado, Johannes também relatou que sua equipe encontrou associações semelhantes entre padrões de metilação e a época de floração em variedades selvagens desta espécie, o que já sugere uma maior relevância destes resultados para populações selvagens. Outro ponto importante é que este estudo, como ressaltado por Pennisi [6], não aborda o aspecto mais controverso das relações entre epigenética e evolução, ou seja, se o estresse ambiental pode alterar as marcações epigenéticas de um organismo levando a mudanças de características permanentemente naquela população e, muito menos, entrou na questão do potencial adaptativo das mudanças em organismos selvagens [6]. Outra questão que não pode ser esquecida é que as oito gerações ainda são pouco para termos uma ideia da estabilidade deste tipo de herança.
Novos estudos nos devem dar um ideia melhor destes aspectos e aos poucos vamos vendo até onde este tipo de fenômeno pode ser importante para a compreensão da mudança evolutiva. Por enquanto, aguardamos empolgados, mas com os pés no chão.
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* Muitos resultados interessantes potencialmente com implicações evolutivas tem sido relatados na literatura científica, mas a estabilidade e a durabilidade deste tipo de herança parece ser sempre um empecilho. Por exemplo, em 2010, um grupo de pesquisadores da Universidade de Stanford, isolou um conjunto de três mutações no verme Caenorhabditis elegans, cada uma delas capaz de aumentar a vida útil destes animais em até 30%, e que estavam relacionadas ao controle de modificações epigenéticas, no caso modificadores do estado da cromatina que agiam nos gametas. O mais impressionante, entretanto, é que os descendentes destes animais de cruzamentos com indivíduos não mutantes e que não portavam as tais mutações originais de um dos seus pais, continuaram, mesmo assim, a apresentar maior expectativa de vida, mas apenas até três gerações depois da geração em que as mutações foram induzidas [Veja aqui e aqui].
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Referências:
Simmons, D. (2008) Epigenetic influence and disease. Nature Education 1(1)
Wagner, C. R. (2010) Germ Cells and Epigenetics. Nature Education 3(9):64
Griffiths AJF, Gelbart WM, Miller JH, et al. Epigenetic Inheritance. In Modern Genetic Analysis. New York: W. H. Freeman; 1999.
Daxinger L, Whitelaw E. Transgenerational epigenetic inheritance: more questions than answers. Genome Res. 2010 Dec;20(12):1623-8. doi: 10.1101/gr.106138.110.
Grossniklaus U, Kelly B, Ferguson-Smith AC, Pembrey M, Lindquist S. Transgenerational epigenetic inheritance: how important is it? Nat Rev Genet. 2013 Mar;14(3):228-35. doi: 10.1038/nrg3435
Pennisi, Elizabeth Evolution Heresy? Epigenetics Underlies Heritable Plant Traits Science 6 September 2013. Vol. 341 no. 6150 pp. 1055. DOI:10.1126/science.341.6150.1055