Mutação em peixe pode explicar crucial transição evolutiva da coluna vertebral

Em um estudo publicado no periódico Current Biology (1), pesquisadores revelaram uma mutação responsável por defeitos na coluna espinhal de peixes-zebras (Danio rerio) e que ao mesmo tempo parece explicar como o início da nossa evolução a partir de ancestrais peixes.

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A coluna vertebral ou espinhal evoluiu para fornecer suporte estrutural ao longo do eixo do corpo assim como proteger os principais componentes do tronco. A intricada segmentação da coluna espinhal é crítica para a locomoção e sub-funcionalização de diferentes vértebras. Enquanto todos os vertebrados compartilham elementos do endoesqueleto compreendendo o eixo vertebral, as vértebras em si não são estruturalmente homólogas ao longo de um amplo espectro de classes de vertebrados e se desenvolvem através de padrões de mecanismos distintos. Uma diferença estrutural fundamental entre a vértebra de peixes teleósteos (infraordem Teleostei) e a vértebra de amniotas - grupo de vertebrados tetrápodes cujos embriões são rodeados por uma membrana amniótica, e que engloba os mamíferos (Synapsida) e os sauropsídeos (répteis e dinossáurios, incluindo as aves) - é a formação de anéis mineralizados dentro do estojo da notocorda, chamado cordacentro.

Nos peixes teleósteos - como os peixes-zebras -, as vértebras se formam através da ossificação periosteal das fundações previamente mineralizadas, ultimamente formando a autocentra. Já em contraste, em amniotas, células esclerotomais dão origem a elementos da vértebra cercando a notocorda através de ossificação endocondral, formando um arcocentro.

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No novo estudo, pesquisadores da Universidade de Duke resolveram investigar uma deformação na coluna (mutação spondo) observada em alguns peixes-zebras (como mostrado na imagem abaixo). Eles descobriram que os embriões dos peixes com a mutação tinham uma única mudança de letra (nucleotídeo) no gene cnn que altera o modo como os ossos e outras estruturas associadas à coluna espinhal se desenvolvem, levando à disrupção na segmentação do cordacentro. Isso, por sua vez, mostrou impedir a formação normal da autocentra nos adultos e, ao invés disso, acabava levando à formação de estruturas similares à arcocentra vista em linhagens basais de vertebrados diretamente ligadas aos primeiros ancestrais dos tetrápodes terrestres e dos peixes teleósteos modernos.

De fato, quando os pesquisadores, em colaboração com o departamento de paleontologia da Escola de Medicina da Universidade de Harvard, compararam os aspectos morfológicos da mutação com a coluna espinhal de espécimes fossilizados - como o gênero extinto de peixe Pholidoctenus (Triássico Superior, ~210 milhões de anos atrás) -, eles encontraram várias similaridades. Ou seja, uma pequena mutação mostrou que a "receita" para o desenvolvimento de ambos os tipos de coluna espinhal ainda estão presentes no genoma dos peixes modernos.

Nos humanos, por exemplo, os embriões começam com uma notocorda da mesma forma que nos peixes teleósteos, mas com uma substancial diferença: as vértebras são arranjadas com tecido de cartilagem entre os ossos (discos intervertebrais). Essa característica existia no ancestral comum dos peixes teleósteos e dos amniotas, mas foi perdido nos primeiros. Portanto, essa pequena diferença em um gene (cmn) presente apenas no peixes teleósteos pode ter sido o ponto inicial separando os peixes dos tetrápodes terrestres há várias dezenas de milhões de anos.

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Além de jogar luz em um dos processos cruciais de transição evolutiva peixes-tetrápodes terrestres, o achado também possui implicações no campo da medicina. Os peixes-zebras carregando a mutação spondo podem ser usados como modelos de laboratório para o estudo da coluna vertebral humana.

(1) Publicação do estudo: Current Biology