Das lesmas do revestimento de lodo à saliva em nossas bocas, muitos fluidos corporais escorregadios contêm muco. Então, como essa maravilha da biologia evoluiu?
Nos mamíferos, a resposta é muitas vezes, e muitas vezes de maneira surpreendente, de acordo com um novo estudo sobre proteínas chamadas mucinas. Essas moléculas têm uma variedade de funções, mas como uma família, são conhecidas como componentes do muco, onde contribuem para a consistência pegajosa da substância.

Por meio de uma comparação de genes de mucina em 49 espécies de mamíferos, os cientistas identificaram 15 casos em que novas mucinas parecem ter evoluído através de um processo aditivo que transformou uma proteína não mucina em mucina.

Os cientistas propõem que cada um desses eventos de "mucinização" começou com uma proteína que não era uma mucina. Em algum momento, a evolução colocou uma nova seção nessa base não mucina:uma que consiste em uma pequena cadeia de blocos de construção chamados aminoácidos que são decorados com moléculas de açúcar. Com o tempo, essa nova região foi duplicada, com várias cópias adicionadas para alongar ainda mais a proteína, tornando-a uma mucina.

As regiões duplicadas, chamadas de "repetições", são fundamentais para a função de uma mucina, dizem os pesquisadores da Universidade de Buffalo, Omer Gokcumen e Stefan Ruhl, os principais autores do estudo, e Petar Pajic, o primeiro autor.

Os açúcares que cobrem essas seções se projetam para fora como as cerdas de uma escova de garrafa e conferem às mucinas a propriedade viscosa que é vital para muitas tarefas importantes que essas proteínas realizam.

A pesquisa será publicada em 26 de agosto na revista Science Advances.

"Acho que não se sabia anteriormente que a função da proteína pode evoluir dessa maneira, a partir de uma proteína ganhando sequências repetidas. Uma proteína que não é uma mucina se torna uma mucina apenas ganhando repetições. Essa é uma maneira importante pela qual a evolução torna o lodo É um truque evolutivo, e agora documentamos isso acontecendo repetidamente", diz Gokcumen, Ph.D., professor associado de ciências biológicas na Faculdade de Artes e Ciências da UB.

"As repetições que vemos nas mucinas são chamadas de 'repetições PTS' por seu alto teor de aminoácidos prolina, treonina e serina, e ajudam as mucinas em suas importantes funções biológicas que vão desde lubrificar e proteger as superfícies dos tecidos até ajudar a tornar nossa comida escorregadia para que possamos engoli-lo", diz Stefan Ruhl, DDS, Ph.D., reitor interino da Faculdade de Medicina Dentária da UB e professor de biologia oral. “Os micróbios benéficos evoluíram para viver em superfícies revestidas de muco, enquanto o muco pode, ao mesmo tempo, atuar como uma barreira protetora e se defender contra doenças, protegendo-nos de intrusos patogênicos indesejados”.

"Poucas pessoas sabem que a primeira mucina que foi purificada e caracterizada bioquimicamente veio de uma glândula salivar", acrescenta Ruhl. “Meu laboratório vem estudando mucinas na saliva nos últimos 30 anos, principalmente porque protegem os dentes da cárie e porque ajudam a equilibrar a microbiota na cavidade oral”.

A intrigante evolução de um 'incrível traço de vida'

"Acho que este artigo é realmente interessante", diz Gokcumen. "É um daqueles momentos em que tivemos sorte. Estávamos estudando saliva, e então encontramos algo interessante e legal e decidimos investigar."

Enquanto estudava a saliva, a equipe notou que uma pequena mucina salivar em humanos chamada MUC7 não estava presente em camundongos. The rodents did, however, have a similarly sized salivary mucin called MUC10. The scientists wanted to know:Were these two proteins related from an evolutionary perspective?

The answer was no. But what the research uncovered next was a surprise. While MUC10 did not appear to be related to MUC7, a protein found in human tears called PROL1 did share a portion of MUC10's structure. PROL1 looked a lot like MUC10, minus the sugar-coated bottlebrush repeats that make MUC10 a mucin.

"We think that somehow that tear gene ends up repurposed," Gokcumen says. "It gains the repeats that give it the mucin function, and it's now abundantly expressed in mouse and rat saliva."

The scientists wondered whether other mucins might have formed the same way. They began to investigate and discovered multiple examples of the same phenomena. Though many mucins share common ancestry among various groups of mammals, the team documented 15 instances in which evolution appeared to have converted non-mucin proteins into mucins via the addition of PTS repeats.

And this was "with a pretty conservative look," Gokcumen says, noting that the study focused on one region of the genome in a few dozen mammal species. He calls slime an "amazing life trait," and he's curious whether the same evolutionary mechanism might have driven the formation of some mucins in slugs, slime eels and other critters. More research is needed to find an answer.

"How new gene functions evolve is still a question we are asking today," says Pajic, a UB Ph.D. student in biological sciences. "Thus, we are adding to this discourse by providing evidence of a new mechanism, where gaining repeated sequences within a gene births a novel function."

"I think this could have even broader implications, both in understanding adaptive evolution and in possibly explaining certain disease-causing variants," Pajic adds. "If these mucins keep evolving from non-mucins over and over again in different species at different times, it suggests that there is some sort of adaptive pressure that makes it beneficial. And then, at the other end of the spectrum, maybe if this mechanism goes 'off the rails'—happening too much, or in the wrong tissue—then maybe it can lead to disease like certain cancers or mucosal illnesses."

The study on mucins demonstrates how a long-time partnership between evolutionary biologists and dental researchers at UB is yielding new insights into genes and proteins that are also important to human health.

"My team has been studying mucins for many decades, and my collaboration with Dr. Gokcumen has brought this research to a new level by revealing all these exciting novel insights into their evolutionary genetics," Ruhl says. "At this advanced stage of my career, it is also immensely gratifying to see that the flame of scientific curiosity is being carried on by a new generation of young investigators like Petar Pajic." + Explorar mais

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