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Novo estudo revela detalhes moleculares da fusão entre gametas masculinos e femininos

Processo em seres humanos ainda é bem pouco compreendido. Pesquisa por enquanto se foca em plantas e protozoários

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A fusão de um espermatozóide com um óvulo é o primeiro passo no processo de criação de novos indivíduos em espécies que se reproduzem sexualmente. Mas, por mais fundamental que seja esse processo, só agora os cientistas começam a entender suas complexidades.

Em um artigo publicado na revista PLOS Biology, pesquisadores descreveram a estrutura detalhada das proteínas que permitem que ocorra a fusão entre gametas femininos e masculinos em duas espécies diferentes: uma planta florífera e um protozoário. Os cientistas esperam que a descoberta de como se dá esse processo nessas espécies e em espécies aparentadas avance o entendimento do que ocorre nas demais espécies sexuais, incluindo humanos e outros vertebrados.

"É surpreendente para mim que ainda não saibamos como se fundem um espermatozóide e um óvulo humanos", disse Mark Johnson, professor de biologia da Brown University e um dos autores do estudo. "Uma das coisas que esperamos que este artigo faça é estabelecer qual a assinatura estrutural das proteínas que fazem ocorrer a fusão de gametas nessas espécies, para que possamos procurá-las em espécies onde esses mecanismos de proteína ainda são desconhecidos".

Johnson trabalha há anos para entender a fusão dos gametas. No início dos anos 2000, ele identificou uma proteína na membrana do gameta masculino da planta florífera Arabidopsis thaliana que parecia ter alguma influência em seu processo de fusão dos gametas. Seu trabalho mostrou que uma mutação no gene que produz a proteína, conhecida como HAP2, faz com que os gametas masculinos se tornem incapazes de se fundir ao gameta feminino da Arabidopsis.

Alguns anos depois, Kristin Beale, uma estudante de pós-graduação da Universidade de Brown que trabalhava com Johnson, previu que a HAP2 estava relacionada à proteína utilizada pelos vírus para penetrar nas células de um hospedeiro. Isso faz sentido, diz Johnson, já que tanto o esperma quanto o vírus precisam de um mecanismo para se inserir em uma membrana celular.

Após essas descobertas iniciais, Johnson e outros pesquisadores têm procurado, nos genomas de outros organismos, por seqüências de genes semelhantes ao HAP2 da Arabidopsis. Eles encontraram seqüências similares em uma ampla variedade de eucariotas (organismos cujas células têm um núcleo individualizado), analisando muitas espécies de plantas, algas, insetos e alguns animais. A tal sequência estava visivelmente ausente nos vertebrados, incluindo humanos.

É possível, diz Johnson, que os vertebrados realmente tenham uma proteína parecida com o HAP2, mas sua sequência genética pode ter mudado muito ao longo da história evolucionária, o que dificulta a detecção apenas pela sequência. Então, ao invés de procurar por genes que produzem a proteína, pode ser melhor olhar para a estrutura das próprias proteínas - para buscar por proteínas, nos vertebrados, que sejam estruturalmente semelhantes àquelas dos HAP2 já identificadas. Mas isso requer que as estruturas das proteínas HAP2 sejam conhecidas em detalhes, que é o que Johnson e seus colegas se propuseram a fazer nesse último estudo.

O laboratório de Johnson trabalhou com o laboratório de Felix Rey, no Instituto Pasteur em Paris, onde a estudante Juliette Fedry estabeleceu as estruturas das proteínas HAP2 de duas espécies de eucariotas distantes: a Arabidopsis e o Trypanosoma cruzi, um parasita protozoário. Para definir as estruturas, a equipe de Paris usou uma técnica chamada cristalografia de raios X, que envolve a cristalização das proteínas e a posterior observação de como os cristais dispersam os raios X. A estrutura da proteína pode ser observada a partir do padrão de dispersão. O laboratório de Rey é especializado nessa técnica, particularmente para criar imagens das proteínas de fusão virais relacionadas à HAP2.

Jennifer Forcina, uma estudante de pós-graduação do laboratório de Johnson, aproveitou os novos dados estruturais para determinar como o HAP2 conduz a fertilização em plantas com flores, definindo os aminoácidos da ponta da proteína que são inseridos na membrana do ovo.

O estudo descobriu que, embora a estrutura básica das proteínas HAP2 das duas espécies fosse muito semelhante, elas evoluíram de formas diferentes em áreas especiais. Especificamente, as pontas dessas proteínas - partes que são pensadas para perfurar primeiro a membrana de um óvulo - eram substancialmente diferentes. Enquanto o fluido HAP2 da planta manipula uma única estrutura helicoidal na ponta, a versão do protozoário possui três pequenos laços que se conectam à membrana alvo. Ao passo que as diferenças nos mecanismos de inserção entre as duas proteínas esclarecem como HAP2 funciona, as semelhanças entre eles é importante para a procura da proteína em outros organismos, diz Johnson.

"Neste ponto, temos dois tipos de organismos: aqueles para os quais sabemos como funciona a fusão de gametas - e todos eles têm HAP2 - e organismos para os quais não sabemos como funciona a fusão de gametas, nenhum dos quais tem um HAP2 reconhecível", disse Johnson. "Agora que conhecemos o que é estruturalmente conservado nestas duas proteínas que diferem no nível da sequência, podemos procurar por essas estruturas para encontrar proteínas relacionadas em outras espécies."

Isso inclui seres humanos, diz Johnson. "Nós só precisamos obter mais estruturas para saber como seriam as proteínas humanas, para que então possamos procurar por características estruturais comuns."

Universidade de Brown

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