A corrente de 10 cromossomos sexuais do ornitorrinco

Na Nature de 2004, a equipe de Frank Grützner mostrou cinco X e cinco Y alinhados em fila, e cada espermatozoide leva uma metade inteira.

Ornitorrinco no rio, leste da Austrália

Em 2004, Frank Grützner e a equipe de Jennifer Graves, na Universidade Nacional Australiana, publicaram na Nature o retrato de uma divisão celular sem par entre os mamíferos: no ornitorrinco macho, dez cromossomos sexuais se prendem pelas pontas e formam uma fila única, com cinco X intercalados com cinco Y.

Nos humanos, a regra cabe em duas letras. A fêmea tem dois X, o macho tem um X e um Y, e o pai decide o sexo do filho pelo cromossomo que manda no espermatozoide. Quase todo mamífero segue o mesmo esquema, do camundongo à baleia-azul.

O ornitorrinco, Ornithorhynchus anatinus (nome científico que quer dizer “bico de ave parecido com pato”), já era a exceção ambulante da Austrália. Põe ovos, amamenta sem mamilo, caça de olhos fechados pelo campo elétrico das presas e o macho guarda veneno num esporão da pata traseira.

A célula dele guarda uma exceção a mais. A fêmea carrega dez X, organizados em cinco pares. O macho carrega cinco X e cinco Y, todos diferentes entre si, e precisa entregar a cada espermatozoide uma metade sem mistura: os cinco X juntos, que geram uma filha, ou os cinco Y juntos, que geram um filho.

A margem de erro é zero. Se um único elo da fila fosse para o lado errado, o espermatozoide sairia com quatro X e um Y, por exemplo, e o embrião herdaria um conjunto quebrado. A fila resolve o problema de um jeito mecânico: o que está preso junto se move junto.

Nas imagens do artigo, cada um dos dez elos aparece aceso numa cor própria, encostado no vizinho, como contas num fio. Foi a primeira vez que alguém mostrou quais cromossomos formavam aquela cadeia e em qual ordem eles se encaixavam.

Para entender como dez peças diferentes avançam pela divisão celular sem se embaralhar, é preciso olhar para as pontas de cada cromossomo, onde a corrente se prende.

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I  O Mecanismo

Dez elos presos pelas pontas

A fábrica de espermatozoides usa a meiose (a divisão celular que produz óvulos e espermatozoides com metade dos cromossomos do corpo). Antes de se separarem, os cromossomos que formam par se encostam, trocam pedaços e depois seguem para polos opostos da célula.

Nos humanos, X e Y quase não têm trecho em comum. Eles se seguram por uma faixa curta nas pontas, a região pseudoautossômica (o pedaço de DNA idêntico nos dois, que permite o encaixe). Sem essa faixa, o par se solta antes da hora e o espermatozoide sai defeituoso.

No ornitorrinco, cada cromossomo sexual tem duas faixas dessas, uma em cada ponta, e cada ponta casa com um vizinho diferente. O X1 se prende ao Y1 por uma ponta; o Y1 se prende ao X2 pela outra; o X2 ao Y2, e assim até o Y5.

O resultado é uma corrente de dez elos na ordem X1, Y1, X2, Y2, X3, Y3, X4, Y4, X5, Y5. Nenhum elo encosta em outro do mesmo tipo. Todo X fica entre dois Y, e todo Y entre dois X, exceto as duas pontas da fila.

Quando a célula se prepara para dividir, a corrente se dobra em zigue-zague no centro dela. Os X ficam virados para um lado, os Y para o outro. Na hora da separação, as fibras puxam os cinco X para um polo e os cinco Y para o polo oposto, e a corrente se desfaz por inteiro.

Os citologistas (especialistas em observar células ao microscópio) já tinham visto, décadas antes, uma cadeia de cromossomos nas células do testículo do ornitorrinco. Faltava saber quantos elos havia nela, quais eram sexuais e em qual sequência se ligavam.

A resposta veio da pintura cromossômica, uma técnica de hibridização fluorescente (sondas de DNA marcadas com corante que brilham ao grudar num cromossomo específico). Cada cromossomo do ornitorrinco ganhou uma sonda própria, e a fila acendeu elo por elo no microscópio.

A contagem final deu 52 cromossomos no núcleo da célula do ornitorrinco, nos dois sexos. Desses, dez são sexuais. Na fêmea, os dez X formam cinco pares comuns e se separam como qualquer outro par, sem corrente nenhuma.

Como a célula garante que a fila se dobre sempre na mesma orientação ainda não tem explicação completa. O artigo de 2004 registra a ordem dos elos e o destino de cada metade; a maquinaria que impede um X de escapar para o polo dos Y segue sem descrição detalhada.

II  Por que Importa

O X do ornitorrinco tem genes de ave

O título do artigo de 2004 já trazia a segunda surpresa: a corrente compartilha genes com o cromossomo Z das aves. Nas aves o sistema é invertido. O macho tem dois Z, a fêmea tem um Z e um W, e quem decide o sexo do filhote é a mãe.

A equipe de Grützner encontrou no X5 do ornitorrinco o gene DMRT1, que nas aves mora no Z e participa da formação dos testículos. Outros trechos da corrente também tinham parentes no Z das galinhas e de outras aves.

Em 2008, Frédéric Veyrunes e colegas, na revista Genome Research, compararam os genes da corrente com os do X humano e com os do Z da galinha. O X do ornitorrinco se parecia com o Z da ave. Os genes do X humano estavam espalhados em cromossomos comuns do ornitorrinco, sem papel sexual.

No mesmo ano, o consórcio liderado por Wesley Warren publicou na Nature o genoma completo do ornitorrinco, o primeiro de um monotremado (o grupo dos mamíferos que põem ovos). O gene SRY, que liga o desenvolvimento masculino em humanos e camundongos, não apareceu em lugar nenhum.

A conclusão de Veyrunes muda a árvore de família dos cromossomos sexuais. Marsupiais e placentários herdaram um par XY com SRY de um ancestral comum. O ramo dos monotremados se separou antes e montou um sistema próprio, com outro conjunto de genes.

O parente mais próximo confirma o padrão. Em 2007, Willem Rens e colegas, na revista Genome Biology, contaram nove cromossomos sexuais na équidna-de-bico-curto, o outro monotremado vivo: cinco X e quatro Y, também presos numa corrente durante a meiose.

Para a biologia, a corrente vira uma janela para o passado. Os cromossomos sexuais de aves e mamíferos parecem ter nascido de peças diferentes do mesmo genoma antigo, e o ornitorrinco guarda uma versão intermediária, com pedaços que lembram os dois lados.

Para quem estuda doenças ligadas ao X em humanos, como a hemofilia, o ornitorrinco serve de grupo de comparação. Os genes que no humano moram no X ficam em cromossomos comuns do ornitorrinco, o que ajuda a separar a função original de cada gene do papel que ele ganhou ao virar sexual.

III  A Fonte

Canberra, Cambridge e uma sonda por cromossomo

O artigo saiu na Nature em dezembro de 2004, volume 432, com o título In the platypus a meiotic chain of ten sex chromosomes shares genes with the bird Z and mammal X chromosomes (no ornitorrinco, uma cadeia meiótica de dez cromossomos sexuais compartilha genes com o cromossomo Z das aves e o X dos mamíferos).

Frank Grützner assina como primeiro autor. Jennifer Marshall Graves, geneticista da Universidade Nacional Australiana, em Canberra, liderou o grupo. Willem Rens e Malcolm Ferguson-Smith, da Universidade de Cambridge, na Inglaterra, produziram as sondas que pintaram cada cromossomo.

As sondas nasceram de uma triagem por citometria de fluxo (máquina que separa cromossomos um por um pelo tamanho e pela quantidade de DNA). Cada tipo de cromossomo separado virou uma sonda com corante próprio, e a equipe aplicou as sondas em células do testículo de machos adultos.

Antes do artigo, a leitura mais aceita tratava parte da cadeia como cromossomos comuns presos por acidente, depois de trocas de pedaços entre eles. A pintura mostrou o contrário: os dez elos aparecem em dose diferente em machos e fêmeas, sinal de que todos são sexuais.

O artigo também deixou perguntas em aberto, e algumas continuam abertas. A primeira é qual gene decide o sexo do ornitorrinco. Sem SRY, alguma outra peça da corrente faz o papel de interruptor masculino.

Em 2021, Yang Zhou, Guojie Zhang e colegas, na Nature, publicaram genomas novos de ornitorrinco e équidna e apontaram uma cópia do gene AMH no Y5 como candidata. O gene participa da formação dos testículos em outros vertebrados. Falta o teste direto: ninguém criou ainda um ornitorrinco sem a cópia para ver o que acontece, porque a espécie é protegida e se reproduz mal em cativeiro.

A segunda pergunta é como a corrente se formou. A hipótese mais citada propõe trocas sucessivas de pedaços entre um par sexual antigo e cromossomos comuns, cada troca acrescentando um elo. Nenhum fóssil guarda cromossomo, e a ordem exata dessas trocas segue sem prova.

O que o artigo garante é a imagem: dez elos identificados, a ordem X1 a Y5 documentada e o destino de cada metade observado em células reais de machos adultos.

“Se o par XY é recente na história dos mamíferos, quantos outros jeitos de decidir o sexo a evolução testou e deixou pelo caminho?”

10 cromossomos sexuais. Foi o tamanho da corrente encontrada no ornitorrinco macho (Grützner e colegas, Nature, 2004).

Continue curioso. Mirabile dictu.

CIÊNCIA BIZARRA

Parece mentira. Mas é real e está provado