Há cerca de 60 anos, dois investigadores, Joe Hin Tjio e Albert Levan, descobriram que o número de cromossomas (cariótipo) em humanos era de 46 cromossomas, ou seja, 23 pares e não 48 como se pensava anteriormente (1). A chave para esta descoberta foi a introdução de uma série de melhorias nas técnicas de cultura aplicadas aos fibroblastos humanos, especialmente no que respeita ao tratamento com colchicina, que interrompe a divisão celular numa fase apropriada para a observação dos cromossomas. Isto é conhecido como metáfase, durante a qual os cromossomas são contraídos para que possam ser devidamente vistos através de um microscópio. Curiosamente, estas mesmas melhorias foram utilizadas nos anos seguintes para determinar que os nossos antepassados mais próximos (grandes símios, tais como chimpanzés, bonobos, gorilas ou orangotangos) possuíam 48 cromossomas. Como e quando se verificou esta mudança no número de cromossomas? Acima de tudo, que papel desempenhou esta diferença na origem da nossa espécie? Os últimos avanços nas técnicas de análise genética estão a fazer grandes progressos na resolução destas duas questões.
Fusão cromossómica: a razão da diferença
No início dos anos 60, as técnicas citogenéticas ainda não estavam preparadas para estudos comparativos de cromossomas em geral e em primatas, especificamente. As técnicas que foram aperfeiçoadas posteriormente para obter padrões de bandas coloridas e interbandas nos cromossomas revelaram que o nosso segundo maior cromossoma é o resultado de uma fusão de dois cromossomas pertencentes aos nossos antepassados evolutivos mais próximos.
No entanto, só depois dos anos 70 é que chegaram as técnicas moleculares que permitem a análise directa do ADN nos cromossomas, antes das quais não foi possível uma caracterização profunda do rearranjo cromossómico que nos distingue dos grandes símios. Assim, verificou-se que mais ou menos no centro do nosso cromossoma 2 existiam sequências de ADN teloméricas e subteloméricas (normalmente presentes apenas numa extremidade dos cromossomas, mas não em áreas internas) (2). Isto tornou claro que a fusão dos dois cromossomas tinha sido completa, ou seja, de uma extremidade para a outra. Actualmente, a disponibilidade do genoma humano e do genoma dos grandes símios revelou como o conteúdo genético do nosso cromossoma 2 corresponde à soma dos dois cromossomas dos nossos antepassados símio.
No entanto, verificou-se também que a área de fusão que originou o nosso cromossoma 2 carece de algumas regiões e sequências que correspondem a áreas subteloméricas presentes nos dois cromossomas fundidos na nossa espécie. Por outras palavras, a fusão deve ter envolvido perda e rearranjo de parte do material genético dos dois cromossomas originalmente separados nos antepassados que temos em comum com os grandes símios.
Denisovans, Neandertais e grandes símios: quando é que nos separámos?
Análises em curso sobre genomas de espécies extintas que estão directamente relacionadas connosco, tais como Denisovans e Neandertais, revelam que estas espécies já apresentavam a fusão cromossómica que originou o longo cromossoma 2 que é característico dos humanos (3). Por conseguinte, este rearranjo dos cromossomas remonta muito atrás no tempo: as estimativas utilizando vários métodos datam isto de 0,75 a 4,5 milhões de anos atrás.
O facto de Denisovans e Neandertais terem o mesmo número de cromossomas que nós pode explicar porque é que os descendentes de cruzamentos inter-espécies com a nossa espécie eram viáveis e possivelmente férteis. Isto explicaria também porque é que vestígios das suas características genéticas permanecem no nosso genoma, como mostra a análise genómica comparativa das três espécies. No entanto, os hipotéticos descendentes de reprodução entre as três espécies hominídeas mencionadas (46 cromossomas) e os seus grandes antepassados símio (48 cromossomas) teriam tido problemas de incompatibilidade cromossómica e provavelmente não teriam sido viáveis. Na realidade, não foram encontrados vestígios de características genéticas específicas dos grandes símios no nosso genoma. Portanto, a fusão cromossómica pode ter funcionado como um mecanismo eficiente de isolamento reprodutivo que nos isolou dos antepassados dos grandes símios.
Por último, existe a possibilidade de a fusão cromossómica que originou o nosso cromossoma 2 ter sido associada ao aparecimento das nossas características distintivas. Assim, vários genes do nosso cromossoma 2 que se encontram perto da área de fusão cromossómica são expressos mais intensamente na nossa espécie do que na dos grandes símios. Estes genes são expressos, sobretudo, em tecidos e órgãos altamente significativos, tais como o cérebro e as gónadas (4). Em segundo lugar, a perda de certas sequências de ADN que ocorreram como resultado da fusão pode ter tido efeitos “positivos” sobre os nossos antepassados.
Para finalmente esclarecer o que ocorreu no rearranjo cromossómico tão característico da nossa espécie, nos próximos anos teremos de tentar obter o ADN de espécies extintas que são mais antigas que o Homo Erectus ou Homo Heidelbergensis, determinando assim se a fusão está associada a todas as linhagens “humanas”; ou realizando uma análise comparativa aprofundada da área de fusão do nosso cromossoma 2 e das áreas subteloméricas dos dois grandes cromossomas de símio envolvidos na fusão, o que ainda não foi possível.
Manuel Ruiz Rejón
Universidade de Granada, Universidade Autónoma de Madrid
- J. Tjio e A. Levan. 1956. O número cromossómico do Homem. Hereditas, 42( 1-2): 1-6.
- W. Ijdo et al.1991. Origem do cromossoma humano 2: um telómero-telómero ancestral fusión. PNAS, 88: 9051-9056.
- Meyer et al. 2012 Uma sequência de genoma de alta cobertura de um indivíduo arcaico Denisovan. Science, 338:222-226.; K. H. Miga. 2016. As sequências Centroméricas específicas do cromossoma fornecem um estímago do evento Ancestral Chromosome 2 Fusion event in Hominin Genome.Journ. of Heredity. 1-8. Doi:10.1093/jhered/esw039.
- GTEx Portal, http://www.gtexportal.org/home.