Estudo Evolutivo das Monoaminas Oxidases em Vertebrados

Hoje em dia, a gente vê um progresso incrível no estudo dos genomas. Os cientistas têm acesso a várias sequências de genomas de diferentes espécies de animais. Isso dá uma chance pra gente entender como os genes influenciam a diversidade de características que vemos nos animais. Projetos recentes trouxeram um monte de genomas de mamíferos e primatas, abrindo novas portas pra entender a genética.

Uma área que chama atenção é o cérebro, onde um grupo de químicos chamado Monoaminas desempenha um papel importante. Esses químicos são geridos por enzimas específicas conhecidas como monoamina oxidases (MAOs). Tem dois tipos principais, MAO A e MAO B, e elas ajudam a quebrar neurotransmissores importantes como serotonina, dopamina e norepinefrina. Cada tipo tem uma preferência especial por certos químicos, permitindo que funcionem corretamente em diferentes partes do corpo.

Ao longo dos anos, os pesquisadores estudaram essas enzimas em vários animais, incluindo aves, rãs, peixes e até lampreias. Esses estudos focaram em como as MAOs funcionam, mas não examinaram completamente como elas evoluíram com o tempo. Enquanto algumas pesquisas analisaram a árvore genealógica das MAOs em diferentes grupos, não houve um estudo detalhado sobre como essas enzimas se desenvolveram especificamente em vertebrados.

Neste estudo, a gente foca em como as MAOs evoluíram em vertebrados analisando seus genomas. Nossas descobertas revelam que MAO A e MAO B se separaram de um ancestral comum nos primeiros tetrapodos, enquanto vertebrados com mandíbula que não são tetrapodos ainda têm sua versão original dos genes MAO. Além disso, descobrimos um novo membro da família MAO, que chamamos de MAO C, em vertebrados com mandíbula.

#Evolução das Monoamina Oxidases

#As Origens da MAO A e MAO B

Pra entender melhor como as enzimas MAO surgiram, fizemos uma árvore genealógica mostrando suas relações evolutivas. Nossa análise mostrou uma conexão clara entre os genes MAO A encontrados em tetrapodos. Também descobrimos que a MAO A passou por um evento de duplicação no último ancestral comum das rãs, dando origem a dois genes MAO A.

Por outro lado, encontramos que os genes MAO B não formaram um grupo claro. Em vez disso, apareceram em dois grupos separados: um que inclui mamíferos, aves e répteis, e outro para anfíbios. A falta de um agrupamento claro para a MAO B pode ser devido às mudanças genéticas limitadas observadas entre as sequências.

Fizemos mais análises usando sequências de nucleotídeos pra esclarecer as relações da MAO B. Isso revelou que tanto as linhagens MAO A quanto MAO B estão presentes em tetrapodos. Curiosamente, observamos que há uma diferença na localização dos cromossomos para os genes MAO em mamíferos em comparação com outros vertebrados.

#A Descoberta da MAO C

Nossa pesquisa também descobriu um novo membro da família MAO chamado MAO C. Esse gene foi detectado em vertebrados com mandíbula e mostrou uma forte conexão evolutiva com outros genes MAO. Análises de sintenia revelaram que o gene MAO C ainda está ligado a certos genes vizinhos em algumas espécies, enquanto em outras mostrou menos conservação dos genes próximos.

As descobertas sugerem que a família de genes MAO é mais complexa do que se pensava. A presença da MAO C em vertebrados com mandíbula que não são tetrapodos indica que esses animais têm genes distintos dos genes MAO A e MAO B encontrados em tetrapodos.

#Função e Características das Proteínas MAO

#Localização nas Mitocôndrias

As enzimas MAO estão localizadas na membrana externa das mitocôndrias, que são as estruturas que produzem energia nas células. Pra investigar se as MAO A/B e MAO C mantiveram essa localização, estudamos essas proteínas no tarpon do Indo-Pacífico. Ao marcar as proteínas e observá-las em células humanas, confirmamos que tanto a MAO A/B quanto a MAO C realmente estavam nas mitocôndrias.

#Propriedades Enzimáticas da MAO A/B e MAO C

Enquanto a pesquisa sobre as MAOs de mamíferos é extensa, as informações sobre a MAO C e proteínas relacionadas em outras espécies são limitadas. Produzimos e purificamos as proteínas MAO A/B e MAO C do tarpon do Indo-Pacífico pra comparar suas funções.

Nossos testes mostraram que tanto a MAO A/B quanto a MAO C podem agir em vários substratos, e descobrimos que a IPT-MAO A/B é especialmente eficiente em sua atividade, superando significativamente a MAO C em certos substratos. Isso sugere que essas enzimas, embora tenham funções sobrepostas, também possuem características únicas que entram em jogo em diferentes contextos biológicos.

Também olhamos para a inibição das enzimas por drogas específicas que atacam as MAOs humanas. As respostas da IPT-MAO A/B e da IPT-MAO C a esses inibidores forneceram mais insights sobre suas diferenças funcionais.

#Padrões de Expressão no Cérebro

Utilizamos técnicas modernas pra avaliar como os genes MAO são expressos nos cérebros de diferentes espécies. Analisando os padrões de expressão dos genes MAO na lampreia do mar e no camundongo, descobrimos que enquanto a MAO A/B/C é amplamente expressa no cérebro da lampreia, sua expressão é particularmente alta em células vasculares e certos tipos de neurônios.

No camundongo, a MAO A é amplamente expressa, especialmente em células vasculares também, enquanto a MAO B tinha padrões de expressão mais restritos. Isso indica que embora haja semelhanças na expressão, também existem diferenças notáveis que refletem as adaptações evolutivas desses genes em diferentes espécies.

#Conclusão

Esse estudo ilumina a intrigante evolução da família de genes das monoamina oxidases. Identificamos a existência de um novo membro da enzima, a MAO C, adicionando complexidade à família de enzimas envolvidas no metabolismo das monoaminas. As descobertas sugerem que a maioria dos vertebrados com mandíbula possui dois genes MAO, com uma distinção entre as formas A e B em tetrapodos e a presença das formas A/B e C em vertebrados com mandíbula que não são tetrapodos.

Usando o tarpon do Indo-Pacífico como sistema modelo, mostramos que essas monoamina oxidases se localizam na membrana externa mitocondrial e exibem propriedades semelhantes às enzimas humanas. Notavelmente, enquanto a MAO C mostra eficiência catalítica semelhante às MAOs humanas, a MAO A/B exibe taxas de atividade enzimática muito mais altas.

Esse trabalho incentiva uma investigação mais aprofundada sobre como essas variações enzimáticas ajudaram diferentes espécies a se adaptar aos seus ambientes e a responder a mudanças ao longo do tempo. As implicações evolutivas de nossas descobertas abrem novas avenidas de pesquisa sobre o papel que as MAOs desempenham na função cerebral e no comportamento em diversos grupos de vertebrados.