Evolução: A replicação mitocondrial é a mesma em algas primitivas e em humanos

A mitocôndria é uma organela que foi derivada de um evento de endossimbiose, quando uma célula simples englobou outra célula ainda mais simples (procariótica), usando eventualmente essa última como 'fábrica de energia' e abrindo o caminho para a emergência de células bem mais complexas (eucarióticas). A partir de uma célula eucariótica primitiva (ancestral comum), todos os organismos eucariontes - incluindo peixes, répteis e mamíferos - evoluíram, e por isso todas as células eucarióticas hoje possuem conservada a mitocôndria. Agora, reforçando a ancestralidade comum de todos os eucariontes e a teoria evolutiva, um estudo publicado no periódico Communications Biology (1) mostrou que tanto simples algas vermelhas quanto humanos compartilham o mesmo processo de fosforilação proteica durante a divisão celular da mitocôndria.

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As mitocôndrias são organelas que atuam de forma crucial na produção de energia e de vários caminhos metabólicos nas células eucarióticas, e são pensadas de serem evolutivamente derivadas de uma única alfa-proteobactéria que invadiu um proto-eucarionte (2). Seguindo a teoria evolutiva moderna, é pensado que a endossimbiose da mitocôndria foi crucial para a evolução das células eucarióticas, já que todas compartilham essa organela, a qual inclusive possui material genético próprio (evidenciando ainda mais sua origem endossimbiótica). Nesse sentido, assume-se também que os mecanismos que regulam a divisão mitocondrial foi adquirido no processo de estabelecimento dessa endossimbiose.

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CURIOSIDADE: Sempre foi ensinado na Biologia que o material genético das mitocôndrias nos humanos possui origem exclusivamente materna. Porém, um estudo de 2018 confirmou que essa regra possui notáveis exceções, quebrando um "dogma" que se arrastava há décadas. Para mais informações sobre essa atualização e (2) sobre as mitocôndrias, acesse o artigo: A mitocôndria não é um presente exclusivo das mães
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Alguns genes núcleo-codificados derivados da célula hospedeira ancestral, como o Drp1, Opa1 e o Fis1, controlam a morfologia mitocondrial nas células animais. O Drp1 em específico forma um anel de divisão mitocondrial no local de divisão, esta a qual é induzida por contração gerada por uma mudança estrutural no Drp1. O recrutamento do Drp1 na mitocôndria depende de uma proteína, codificada pelo Fisl e presente na membrana externa da organela; já a proteína codificada pela Opa1, localizada na membrana interna mitocondrial, induz a fusão mitocondrial. A proliferação mitocondrial ocorre antes da mitose, e esse fenômeno é controlado pela fosforregulação do Drp1 pela enzima cinase1 ciclina-dependente. A localização do Drp1 é regulada pela enzima Aurora A via fosforilação (adição de grupos fosfatos a proteínas para regular suas funções) da proteína Ra1A.

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> O transporte de grupos fosfatos de moléculas doadoras de alta energia, como o ATP, para outras moléculas (fosforilação) é realizado pelas enzimas cinases.
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Porém, apesar dos cientistas já terem esclarecido alguns processos de divisão das mitocôndria, muito ainda permanece elusivo. No novo estudo, visando esclarecer melhor como ocorre a divisão mitocondrial, pesquisadores da Universidade Tóquio de Ciência, Japão, resolveram analisar a alga vermelha da espécie Cyanidioschyzon merolae. Essa espécie é um organismo unicelular ultra-pequeno (pouco mais de 2 micrômetros em diâmetro) que habita ambientes aquáticos quentes e ricos em sulfato. A C. merolae possui uma estrutura celular simples, com uma única mitocôndria e um único plastídeo (organela responsável pela fotossíntese), e o mais simples genoma eucariótico.

As cinases Auroras são membros de uma família de cinases mitóticas altamente conservada entre os eucariontes, e a qual controla a formação do fuso mitótico e a segregação cromossômica. Apesar de vários outros eucariontes possuírem duas ou três cinases Auroras, a C. merolae possui apenas um gene para essa enzima (CmAUR) no seu genoma.

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Usando técnicas genéticas e microbiológicas, os pesquisadores no novo estudo mostraram que a cinase Aurora na C. merolae fosforila uma proteína chamada de dinamina (codificada pelo CmDnm1, gene homólogo do Drp1), a qual está envolvida na divisão mitocondrial (associada ao Opa1). Em seguida, usando experimentos envolvendo espectrometria de massa, os pesquisadores identificaram quatro locais na proteína fosforilados pela cinase Aurora. Finalmente, analisando se o mesmo processo ocorria em células humanas, foi confirmado também que a versão Aurora da nossa espécie também fosforila a proteína dinamina codificada pelo Drp1.

Os resultados do estudo implicam, portanto, que o processo pelo qual a mitocôndria replica é muito similar em diferentes organismos eucariontes, e que regulação da divisão mitocondrial adquirida nas células do ancestral comum pode ter contribuído para o estabelecimento da endossimbiose. Além disso, o achado traz importante impacto nas pesquisas biológicas. Desde que o sistema de fissão mitocondrial encontrado em algas primitivas pode ser preservado em todos os organismos vivos eucariontes, incluindo humanos, novas técnicas podem tornar mais fácil a manipulação de atividades celulares de vários organismos e de forma generalizada.


(1) Publicação do estudo: Nature