Uma única proteína faz formiga passar de operária a rainha

A proteína Kr-h1 pode ser acionada por hormônios para converter operárias em rainhas em casos de conflitos sociais na espécie

Operária da espécie Harpegnathos saltator: basta acionar uma proteína para alterar seu status social. Crédito: Karl Glastad (Berger Lab), CC BY-SA

Dependendo do resultado de conflitos sociais, as formigas da espécie Harpegnathos saltator fazem algo incomum: conhecidas como gamergates, elas podem passar de operárias a rainhas. Agora, pesquisadores fizeram a surpreendente descoberta de que uma única proteína, chamada Kr-h1 (Krüppel homólogo 1), responde a hormônios regulados socialmente para orquestrar essa complexa transição social. Eles relataram seu achado em artigo na revista Cell.

“Os cérebros dos animais são plásticos; ou seja, eles podem mudar sua estrutura e função em resposta ao meio ambiente”, disse Roberto Bonasio, da Escola de Medicina Perelman da Universidade da Pensilvânia (EUA). “Esse processo, que também ocorre no cérebro humano – pense nas mudanças de comportamento durante a adolescência –, é crucial para a sobrevivência, mas os mecanismos moleculares que o controlam não são totalmente compreendidos. Determinamos que, em formigas, a Kr-h1 restringe a plasticidade do cérebro, evitando a ativação inadequada do gene.”

Em uma colônia de formigas, as operárias mantêm a colônia encontrando alimento e lutando contra invasores. Enquanto isso, a principal tarefa da rainha é botar ovos. E, no entanto, são as mesmas instruções genéticas que dão origem a esses papéis e comportamentos sociais muito diferentes.

Ao estudarem formigas, Bonasio e colegas queriam entender como ativar ou desativar certos genes afeta a função cerebral e o comportamento. Uma vez que, na fase adulta, Harpegnathos podem passar de operária a gamergate, essas formigas eram perfeitas para tais estudos.

Método inovador

A fim de estudar os eventos moleculares subjacentes que causam essa mudança, a equipe de pesquisa, liderada pelos coautores Janko Gospocic e Karl Glastad, desenvolveu um método para isolar neurônios das formigas e mantê-los vivos em pratos de plástico no laboratório. Isso permitiu que a equipe explorasse como as células respondiam às mudanças em seu ambiente, incluindo os níveis de hormônio.

Esses estudos identificaram ainda que dois hormônios, o hormônio juvenil e a ecdisona, que estão presentes em diferentes níveis nos corpos das operárias e gamergates, produziram padrões distintos de ativação gênica nos cérebros das duas castas. A maior surpresa foi que ambos os hormônios influenciavam as células, ativando uma única proteína, Kr-h1.

“Essa proteína regula diferentes genes em operárias e gamergates e evita que as formigas executem comportamentos ‘socialmente inadequados’”, disse Berger. “Ou seja, a Kr-h1 é necessária para manter as fronteiras entre as castas sociais e garantir que as operárias continuem a trabalhar enquanto as gamergates continuam a agir como rainhas.”

“Não tínhamos previsto que a mesma proteína pudesse silenciar diferentes genes no cérebro de diferentes castas e, como consequência, suprimir o comportamento de operária em gamergates e o comportamento de gamergate em operárias”, acrescentou Bonasio. “Pensamos que essas tarefas seriam atribuídas a dois ou mais fatores diferentes, cada um deles presente apenas em um cérebro ou no outro.”

Restauração da plasticidade

As descobertas revelam papéis importantes para os hormônios regulados socialmente e a regulação gênica na capacidade do cérebro dos animais de mudar de um modo genético e casta social para outro. “A mensagem principal é que, pelo menos nas formigas, vários padrões de comportamento são especificados simultaneamente no genoma e que a regulação do gene pode ter um grande impacto no comportamento que o organismo realiza”, disse Berger. “Em outras palavras, as partes do dr. Jekyll e do sr. Hyde já estão gravadas no genoma. Todos podem desempenhar qualquer um dos papéis, dependendo de quais chaves genéticas são ativadas ou desativadas”.

Os pesquisadores acham que as implicações podem ir muito além do entendimento da plasticidade comportamental em formigas e outros insetos. “É tentador especular que proteínas relacionadas possam ter funções comparáveis ​​em cérebros mais complexos, incluindo o nosso”, disse Bonasio. “A descoberta dessas proteínas pode nos permitir um dia restaurar a plasticidade dos cérebros que a perderam, por exemplo, cérebros envelhecidos.”

A descoberta de que um único fator pode suprimir diferentes conjuntos de genes e comportamentos em diferentes cérebros levanta questões importantes sobre como a função dupla dessa proteína e de outras semelhantes pode ser regulada. Em estudos futuros, os pesquisadores planejam explorar o papel da Kr-h1 em outros organismos. Eles também pretendem explorar como o ambiente impacta a regulação do gene no nível epigenético – por meio da presença ou ausência de certas marcas químicas no DNA – e como isso, por sua vez, impacta a plasticidade e o comportamento do cérebro.

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