Mitocôndrias paternas: a herança perdida

As mitocôndrias são pequenas organelas intracelulares que contém seu próprio DNA. Elas têm um ciclo de vida que permite a reciclagem das mitocôndrias velhas. São usinas energéticas dentro das células. Dizemos que são os pulmões das células, por que as mitocôndrias permitem que a célula consuma oxigênio para gerar energia. De fato, quando queremos saber se um conjunto de células em laboratório estão viáveis – quer dizer, se vão viver por mais tempo – podemos medir a atividade mitocondrial. Um teste simples pode verificar se as oxidoredutases mitocondriais estão funcionando. Se a resposta é positiva, dizemos que a célula está viável.

Figura 01: Lynn Margulis (1938-2011).

Você já ouviu falar da Dra Lynn Margulis (1938-2011)? Ela foi uma cientista brilhante que, em 1967, propôs a mais revolucionária das hipóteses na biologia: a endossimbiose. Margulis propôs que, num dado momento da história evolutiva, algumas bactérias foram incorporadas em células eucarióticas (aquelas com membrana nuclear) primitivas oferecendo grande vantagem evolutiva. As plantas adquiriram a capacidade fotossintetizante por causa dos cloroplastos e os animais, por causa das mitocôndrias, ganharam a habilidade de consumir o oxigênio.

 

Esta história das mitocôndrias é breve, mas há muitas coisas interessantes sobre estas preciosas organelas. Por exemplo, acredita-se que nós, humanos, herdamos nossas mitocôndrias exclusivamente da mamãe. O que deu origem à teoria da Eva mitocondrial. Se herdamos apenas as mitocôndrias de nossas mães, então é possível rastrear a ancestralidade materna, seguindo mães, avós, bisavós e assim, quem sabe, chegar a uma ancestral comum, a Eva. Esta ideia também suporta o diagnóstico de doenças genéticas ligadas ao sexo, já que muitas doenças genéticas têm sua origem no genoma mitocondrial e não no celular.

Em 2016, um grupo de cientistas começou a esclarecer os motivos pelos quais essa herança seria unicamente materna. Ao que tudo indica, durante a fertilização, as mitocôndrias de origem paterna são marcadas para morrer. Se este mecanismo de eliminação seletiva de mitocôndrias não ocorrer no tempo certo, o embrião perde viabilidade e os efeitos podem ser letais.

A questão é que já haviam relatos de casos de pacientes com DNA mitocondrial não-materno. Um exemplo ocorreu em 2002, quando foi observado o caso de um paciente com histórico de doença mitocondrial que apresentava DNA mitocondrial paterno. A herança paterna foi encontrada apenas no tecido de músculo esquelético enquanto, nos demais tecidos, a herança mitocondrial era apenas materna. Para complicar ainda mais o cenário, estudos que já haviam sugerido este tipo de herança compartilhada continham diversos problemas metodológicos, como contaminação, troca de rótulos das amostras e toda sorte de confusão com os dados. O achado tinha um alto conteúdo de incerteza. E isso dificultava a mudança no paradigma corrente sobre a herança mitocondrial. Com muita razoabilidade, toda a comunidade científica ficou desconfiada do caso de 2002.

Mais recentemente, o conceito de herança exclusivamente materna acaba de ser desafiado por um grupo de cientistas dos EUA. O grupo propõe que, em alguns casos raros, pode existir uma herança mitocondrial biparental. Isto quer dizer que o filho ou filha podem ter DNA mitocondrial de origem tanto materna quanto paterna.

O estudo começou por conta de uma observação não usual em 3 pacientes de famílias distintas. Eles haviam sido encaminhados para clínicas especializadas em doenças mitocondriais. Estas clínicas sequenciam o DNA mitocondrial dos pacientes e reportam apenas aquelas mutações ligadas a disfunções conhecidas. Portanto, mutações no DNA mitocondrial que não estão ligadas a uma doença conhecida acabam por não ser reportadas. Neste caso recente, todas as mutações no genoma mitocondrial, tanto de pacientes quanto de suas famílias, foram analisadas.

O Marquês de Laplace (1749-1827) em certa ocasião declarou algo como “O peso da evidência para uma alegação extraordinária deve ser proporcional à sua estranheza.” A expressão, mais tarde, gerou um spin-off por Carl Sagan como “Alegações extraordinárias requerem evidências extraordinárias.” Parece que o grupo norte americano entendeu o aforismo e convenceu a comunidade científica. O grupo realizou o sequenciamento de todo o genoma mitocondrial de membros de várias gerações das 3 famílias. Além disso, pediu que outros dois laboratórios independentes tentassem reproduzir os experimentos para garantir o peso da evidência. Dado que as variações no DNA mitocondrial das 3 famílias estavam em diferentes posições, era improvável que alguém pudesse confundir as amostras.

Agora sabemos que a herança mitocondrial biparental realmente acontece, embora seja um evento raro. A observação de que essa herança paterna tem uma frequência extremamente baixa muda a visão corrente de que herdamos apenas as mitocôndrias maternas. No entanto, isso não invalida a ideia da Eva mitocondrial. Nas palavras dos autores, “Claramente, esses resultados precisarão estar de acordo com o fato de que a herança materna permanece absolutamente dominante em uma escala de tempo evolucionária e que eventos ocasionais de transmissão paterna parecem não ter deixado nenhuma marca detectável no registro genético humano.”

A conclusão, em termos de significância deste estudo, é uma mudança no paradigma da herança mitocondrial e a inauguração de um potencial novo campo de pesquisas em medicina mitocondrial.

Figura 2: Fotomicrografia de mitocôndrias.
REFERÊNCIAS

Luo S, Valencia CA, Zhang J, Lee NC, Slone J, Gui B, Wang X, Li Z, Dell S, Brown J, Chen SM, Chien YH, Hwu WL, Fan PC, Wong LJ, Atwal PS, Huang T. Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans. PNAS, 2018.

Zhou Q, Li H, Li H, Nakagawa A, Lin JLJ, Lee ESs, Harry BL, Skeen-Gaar RR, Suehiro Y, WILLIAM D, Mitani S, Yuan HS, Kang BH, Xue D. Mitochondrial endonuclease G mediates breakdown of paternal mitochondria upon fertilization. Science, 2016.

Lake, JA. Lynn Margulis (1938-2011). Nature, 2011.

Schwartz M, Vissing J. Paternal Inheritance of Mitochondrial DNA. N Engl J Med, 2002.

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