O cromossomo Y é uma fonte inesgotável de fascinação (especialmente entre os homens) porque carrega genes que definem a masculinidade e produzem espermatozoides.
Além disso, ele é pequeno e bastante peculiar; contém poucos genes e está cheio de DNA "lixo", o que torna a tarefa de sequenciá-lo desafiadora.
No entanto, novas técnicas de sequenciamento de "leitura longa" finalmente trouxeram uma sequência confiável que percorre toda a extensão do cromossomo Y.
O artigo que descreve esse esforço hercúleo foi publicado na revista científica Nature.
As descobertas oferecem uma base sólida para investigar o funcionamento dos genes relacionados ao sexo e à produção de espermatozoides, bem como para explorar a evolução do cromossomo Y e determinar se, conforme previsto, ele desaparecerá em alguns milhões de anos.
Indivíduos do sexo masculino
Há cerca de 60 anos, sabemos que os cromossomos especializados são responsáveis por determinar o sexo biológico no nascimento em humanos e outros mamíferos.
As mulheres possuem um par de cromossomos X, enquanto os homens possuem um único cromossomo X e um cromossomo Y consideravelmente menor.
O cromossomo Y é o que define o sexo masculino, pois carrega um gene chamado SRY, que orienta uma cadeia de células para se desenvolver em um testículo durante a fase embrionária.
Os testículos embrionários produzem hormônios masculinos, que direcionam o desenvolvimento das características masculinas em um bebê.
Sem um cromossomo Y e o gene SRY, essa mesma cadeia de células se desenvolve em um ovário nos embriões XX. Posteriormente, os hormônios femininos guiam o desenvolvimento das características femininas na criança.
Um depósito de resíduos de DNA
O cromossomo Y é significativamente distinto do X e dos outros 22 cromossomos presentes no genoma humano. Ele é menor e abriga um número reduzido de genes (apenas 27, em comparação com os aproximadamente 1.000 do X).
Entre esses genes estão o SRY, alguns genes essenciais para a produção de espermatozoides e diversos genes que parecem ser essenciais para a vida, muitos dos quais têm contrapartes no cromossomo X.
Muitos genes do Y (incluindo os genes RBMY e DAZ relacionados ao esperma) aparecem em múltiplas cópias.
Alguns estão organizados em estruturas de repetição estranhas, nas quais a sequência é invertida, e ocorrem mutações genéticas que duplicam ou eliminam genes com frequência.
Além disso, o Y contém diversas sequências de DNA que aparentemente não contribuem para as características. Esse "DNA lixo" é composto por sequências altamente repetitivas que derivam de fragmentos de vírus antigos, genes não funcionais e sequências extremamente simples com poucas bases que se repetem várias vezes.
Essa última categoria de DNA ocupa grandes trechos do cromossomo Y que brilham literalmente no escuro; sob o microscópio, eles se ligam preferencialmente a corantes fluorescentes.
Por que o Y é peculiar?
Qual é a razão para a singularidade do cromossomo Y? A culpa é da evolução.
Temos várias evidências de que, há 150 milhões de anos, os cromossomos X e Y eram apenas um par de cromossomos normais (ainda o são em aves e ornitorrincos). Existiam duas cópias, uma de cada progenitor, como ocorre com todos os cromossomos.
Em seguida, o gene SRY evoluiu (a partir de um gene antigo com outra função) em um desses dois cromossomos, estabelecendo um novo proto-Y.
Este proto-Y ficou confinado permanentemente em um testículo, por definição, e foi sujeito a um grande número de mutações devido à alta taxa de divisão celular e baixa capacidade de reparação.
O proto-Y degenerou rapidamente, perdendo cerca de 10 genes funcionais a cada milhão de anos, reduzindo o número original de 1.000 para apenas 27.
Uma pequena região "pseudoautossômica" em uma das extremidades preservou sua forma original e é idêntica ao seu antigo parceiro, o cromossomo X.
Houve um extenso debate sobre se esse processo de degradação continua, pois a essa taxa todo o cromossomo Y humano desapareceria em alguns milhões de anos (como já ocorreu em alguns roedores).
Sequenciar o Y foi um verdadeiro desafio
O primeiro esboço do genoma humano foi concluído em 1999. Desde então, os cientistas têm conseguido sequenciar todos os cromossomos comuns, incluindo o X, com apenas algumas lacunas.
Isso foi feito por meio da técnica de sequenciamento de leitura curta, que envolve fragmentar o DNA em pequenos segmentos de cerca de uma centena de bases e, em seguida, reconstituí-los como um quebra-cabeça.
Contudo, somente recentemente uma nova tecnologia permitiu o sequenciamento de bases ao longo de moléculas longas de DNA individuais, gerando sequências longas de milhares de bases.
Essas sequências mais extensas são mais distinguíveis e, portanto, podem ser montadas com maior facilidade, lidando com as repetições e estruturas complexas do cromossomo Y.
O cromossomo Y é o último cromossomo humano a ser sequenciado de ponta a ponta, ou seja, de telômero a telômero.
Mesmo com a tecnologia de leitura longa, a montagem dos fragmentos de DNA frequentemente apresentou ambiguidades, e os pesquisadores tiveram que fazer várias tentativas em regiões desafiadoras, especialmente na área altamente repetitiva.
Então, o que aprendemos com o cromossomo Y?
Alerta de spoiler: o cromossomo Y acaba sendo tão estranho quanto esperávamos após décadas de mapeamento genético e sequenciamentos anteriores.
Foram encontrados alguns novos genes, mas eles são cópias adicionais de genes que já se sabia que existiam em múltiplas cópias.
A fronteira da região pseudoautossômica (que é compartilhada com o X) foi um pouco mais afastada da extremidade do cromossomo Y. Agora temos um entendimento da estrutura do centrômero (a região do cromossomo que separa as cópias quando a célula se divide) e obtemos uma leitura completa da complexa mistura de sequências repetitivas na extremidade fluorescente do Y.
No entanto, talvez o resultado mais impactante seja a utilidade dessas descobertas para cientistas ao redor do mundo.
Diversos grupos agora se dedicarão a examinar minuciosamente os detalhes dos genes do cromossomo Y.
Eles buscarão por sequências que possam controlar a expressão do SRY e dos genes relacionados ao esperma, investigando se os genes que possuem contrapartes no cromossomo X mantiveram as mesmas funções ao longo do tempo ou desenvolveram novas funções.
Outros grupos investigarão de maneira minuciosa as sequências repetidas para determinar suas origens e entender por que foram amplificadas.
Muitos pesquisadores também analisarão os cromossomos Y de homens de diversas partes do mundo para identificar indícios de degradação ou evolução recente de suas funções.
Estamos entrando em uma nova era para o antigo e complexo cromossomo Y.
*Jenny Graves é uma renomada professora de Genética e membro da vice-reitoria da Universidade La Trobe, na Austrália.
Este artigo foi publicado originalmente no The Conversation e é reproduzido aqui sob a licença Creative Commons. Clique aqui para ler a versão original (em inglês).
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