PAX9 : uma ferramenta evolutiva?

Abstract

Um dos maiores objetivos na ciência atual é poder relacionar alterações nos genes a mudanças nas morfologias de organismos multicelulares. Além disso, é importante poder determinar se estas modificações foram obras do acaso ou se a seleção natural teve um papel central moldando a forma e o tamanho das criaturas vivas. A busca por nutrientes e sua utilização é uma das questões mais básicas para a sobrevivência de uma espécie. Em mamíferos a diversificação e especialização dos dentes para triturar, rasgar e mastigar diferentes tipos de comida possibilitou um incremento na geração de energia e representou uma inovação chave para a sobrevivência deste grupo. No presente estudo foi investigado o gene PAX9, que codifica um fator de transcrição chave no desenvolvimento da dentição de mamíferos. Para 125 indivíduos de origem ameríndia foi seqüenciado o exon 3 (138 pb), conjuntamente com as regiões intrônicas flanqueadoras 5´e 3´(232 pb e 220 pb, respectivamente) e os dados integrados com a informação disponível para a mesma região de 115 indivíduos de diferentes origens geográficas. Além disso, os exons 2, 3 e 4 (627 pb, 138 pb e 240 pb respectivamente) foram seqüenciados do DNA de 25 espécies de mamíferos e agrupados com os dados disponíveis de mais 29 espécies. Em humanos, o polimorfismo Ala240Pro possui uma distribuição variada entre os Ameríndios da América do Sul e está presente em Esquimós, Asiáticos e Europeus, mas não está presente entre os Afro-Americanos. O panorama que surge é que provavelmente a partir da saída da África a freqüência da mutação Ala240Pro aumenta, sendo possivelmente selecionada positivamente, o que pode estar relacionado à agenesia do terceiro molar, ou ainda, estar associado a genes conectados a adaptações ao frio. Com a chegada dos Ameríndios a regiões equatoriais, outro cenário parece dominar a evolução do exon 3, seja pela perda inicial da possível vantagem adaptativa, ou por causa da ação da deriva genética amplamente documentada nestas populações. Provavelmente em algum momento na história destas populações, fatores casuais poderiam ter sido preponderantes às restrições funcionais da proteína. Em geral, há uma maior variabilidade em nível de aminoácidos no exon 3 considerando todos os mamíferos estudados quando comparada com a do exon 2, ficando o exon 4 numa posição intermediária. O exon 3 seria um exemplo notável de uma situação que conferiria “evolvabilidade” ao PAX 9.

One of the main goals in science today is to establish the relation between gene changes and variations in the morphologies of multicellular organisms. In addition, it is important to determine if these changes were randomic or whether natural selection had a central role shaping the form and size of living beings. Searching for nutrients and its use is one of the most basic issues for a species survival. In mammals teeth diversification and specialization to grind, tear and chew different types of food were a key innovation that allowed an increase in the generation of energy and in the survival of this group. In this study an investigation was performed in the Paired box gene 9 (PAX9), which codes for a transcription factor that was a key factor in the development of mammal dentition. A total of 125 persons from Amerindian populations were studied by sequencing the PAX9 gene exon 3 (138 base pairs) as well as its 5´and 3´flanking intronic segments (232 bp and 220 bp, respectively) and the data integrated with the information available for the same genetic region from 115 individuals of different geographical origins. Moreover, exons 2, 3 and 4 (627 bp, 138 bp and 240 bp, respectively) were sequenced from DNA of 25 mammalian species and the results combined with the data available from other 29 additional species. In humans, the Ala240Pro polymorphism has a varied distribution among the South American Amerindians and is present in Eskimos, Asians and Europeans, but it is not present among Afro-Americans. The pattern that emerges is that probably starting with the out-Africa migration, and possibly as a result of positive selection, the Ala240Pro mutation frequency increased, that could be related to third molar agenesis or an associated gene connected to cold adaptation. With the Amerindian arrival again in equatorial regions, another pattern seems prevalent in exon 3 evolution, either due to the loss of a possible initial adaptive advantage, or to the action of genetic drift, widely documented in these populations. Probably at some point in the history of these populations, random factors could have been dominant despite the protein functional restrictions. In a general way, there is a greater variability at the amino acid level in exon 3 of all mammals considered when compared to exon 2, exon 4 occupying an intermediary position. Exon 3 would be a remarkable example of a condition that would confer PAX9 evolvability.