Pax6

Pax6 é um gene da família gênica de reguladores de transcrição chamada Pax. A proteína codificada por este gene contém dois locais de ligação diferentes que são conhecidos por se ligarem ao DNA e funcionarem como fatores de transcrição. A proteína codificada tem sua estrutura definida pela presença de um domínio de ligação de DNA de 128 aminoácidos altamente conservados. Essas proteínas são muito importantes para o controle de processos de desenvolvimento, particularmente do sistema nervoso central e do desenvolvimento ocular, tanto em vertebrados quanto em invertebrados, com poucas exceções.

Imagem aumentada de um olho, cujo desenvolvimento depende da atuação de Pax6

Nove constituintes da família Pax são conhecidos em camundongos e humanos, dos quais o Pax6 é um dos mais bem-compreendidos e mais bem-estudados em camundongos.

Expressão e desenvolvimento biológico

À medida que o cérebro e outros locais do corpo se desenvolvem durante a embriogênese, as células se dividem em momentos e regiões específicas. Isso ocorre porque as taxas relativas de proliferação e diferenciação de células são rigorosamente controladas, direcionadas e desenvolvidas.

Desenvolvimento ocular

Estrutura da proteína Pax6

O fator de transcrição Pax6 participa de várias maneiras nos processos de determinação e diferenciação do tecido ocular. Mutantes homozigotos Pax6 de humanos, camundongos, ratos e moscas não têm olhos. As células que formam o cristalino derivam da região do ectoderma da cabeça que tem contato com a vesícula óptica do cérebro em desenvolvimento. São vistos sítios ligantes de Pax6 nas regiões reguladoras de vários genes do cristalino.

Sugere-se que a expressão de Pax6 no ectoderma é regulada em resposta a sinais indutivos da vesícula óptica, entretanto a vesícula óptica parece não ser a única a atuar de forma indutiva sobre a região da ectoderme da cabeça, principalmente se for feita uma análise comparativa entre diferentes organismos, onde é sugerido que a vesícula óptica atua principalmente na determinação final do tecido em cristalino. O gene Pax6 é expresso como um fator de transcrição quando a ectoderme neural recebe uma combinação de sinalizações de outros genes, como sonic hedgehog e da família TGF-beta.

O cristalino está situado entre a câmara anterior do olho e a região vítrea (antes chamado de cálice óptico), e acredita-se que sua diferenciação seja mediada por fatores de crescimento emanando desses dois lugares. A câmara anterior parece concentrar uma proteína mitogênica (cuja identidade permanece desconhecida) que é específica para causar mitose e inibir a diferenciação no epitélio formador do cristalino.

Essa proteína é tida como proveniente dos capilares sangüíneos para a câmara anterior. Na câmara vítrea, FGF1 e 2 estimulam o alongamento e a diferenciação das células do cristalino e bloqueiam a atividade mitogênica do fator de crescimento da câmara anterior. O resultado é o alongamento daquelas células do cristalino na região mais interna, e a continuada proliferação de células no lado mais externo do cristalino.

Estrutura do olho humano

O cristalino exerce uma influência indutiva e atua sobre o epitélio corneano. Dessa forma, este epitélio se diferencia e secreta estroma primário consistindo em camadas de colágeno; células endoteliais, localizadas abaixo do epitélio corneada, secretam ácido hialurônico para essa região, permitindo a entrada de células mesenquimatosas da crista neural. Em seguida, a hialuronidase (secretada pelo mesênquima ou pelo endotélio) digere o ácido hialurônico, levando o estroma primário a se encolher, tornando-se a córnea. Para compreender melhor sobre a oculogênese e também acompanhar o desenvolvimento da retina, sugiro que leia Desenvolvimento ocular.

A proteína Pax6 inicia uma cascata de fatores de transcrição que mutuamente ativam um ao outro para constituir o campo ocular. Perceba, portanto, que Pax6 está envolvido em uma diversa gama de fatores de transcrição que atuam em conjunto de maneira dinâmica, com padrões bem regulados de sobre-expressão, responsáveis por um desenvolvimento minucioso.

Mamíferos

O Pax6 está localizado no cromossomo 11 em humanos e apresenta 14 éxons, sendo que os três primeiros e parte do quarto éxon não são traduzidos. A proteína do gene Pax6, quando não produzida, desencadeia fenótipo de aniridia, de síndrome de Morning Glory (MGS) e também de doenças associadas ao desenvolvimento ocular.

Fenótipos selvagens e mutados. A expressão de Pax6 mutado pode ocasionar diferentes tipos de anomalias oculares, como demonstra a parte inferior da imagem para diferentes espécies: humano, camundongo, zebrafish e drosophila.

Mutações no gene Pax6 em humanos causam aniridia, uma condição genética caracterizada pela ausência de íris. Essa mutação é autossômica dominante. O fenótipo de olho pequeno de camundongos já tinha sido sugerido para ser o homólogo de aniridia humana. Tanto a aniridia como o olho pequeno têm fenótipos de olho autossômicos dominantes semelhantes: hipoplasia da íris, opacificação corneana e catarata. No rato, isso é acompanhado por uma redução no tamanho dos olhos. Há também outras condições relacionadas à mutação no gene Pax6, como anomalias cerebrais inter-hemisféricas e defeitos olfatórios, além de algumas síndromes sistêmicas como síndrome de Gillespie e síndrome WAGR. Já indivíduos homozigotos para o gene Pax6 não possuem olhos.

Evolução

Como dito anteriormente, a expressão de Pax6 pode ser encontrada no desenvolvimento do sistema nervoso central e também no desenvolvimento de órgãos sensitivos, com particular ênfase naqueles relacionados com células fotorreceptivas. A evolução dos olhos de animais que levam de um animal ancestral primitivo a olhos formadores de imagens altamente complexos pode ser decifrada com base em experimentos genéticos de desenvolvimento evolutivo e genômica comparativa.

Homólogos de Pax6 foram identificados em ratos e outros vertebrados (zebrafish, galinha, Xenopus e axolotl). De forma surpreendente, os homólogos altamente conservados de Pax6 foram também identificados em muitos exemplos de invertebrados, como: o ouriço-do-mar Paracentrotus lividus, Drosophila, Caenorhabditis, entre outros.

Embora o padrão de expressão no ouriço-do-mar seja difícil de enquadrar em um esquema geral devido à falta de analogia entre seu sistema nervoso rudimentar e os demais organismos com expressão Pax6 conhecida, a expressão é predominantemente encontrada em seu mais conhecido órgão sensitivo: o pé tubular (pé ambulacrário). Da mesma forma, em Caenorhabditis, animal que não tem olhos, o gene Pax6 é expresso em células nervosas sensoriais, incluindo as do sistema reprodutor masculino.

Pax6 e a origem monofilética

Alguns cientistas e estudiosos sugerem que Pax6 tenha origem monofilética, ou seja, tenha apenas uma única origem na árvore filogenética animal. Entretanto, não é universalmente aceito esta ideia.

Ernst Mayr é um dos exemplos: suas ideias permeiam a hipótese de que os vários tipos de olhos encontrados nos diferentes filos animais evoluíram independentemente de 40 a 60 vezes no decorrer da evolução. Segundo Dobzhansky e Mayr: “a busca de genes homólogos é completamente inútil a não ser em parentes muito próximos”.

A biologia molecular e a biologia do desenvolvimento têm mostrado, ao longo do tempo, que essa conclusão de Mayr e Dobzhansky não é verdadeira. Há genes do desenvolvimento conservados há mais de 100 milhões de anos. Modificações nesses genes e seus alvos podem ocasionar a maior parte da diversidade dos organismos vivos. Mais do que isso, sugere-se que, ao invés de simplesmente conservar o uso de elementos individuais na regulação do desenvolvimento dos olhos (como o Pax6), parece que a evolução manteve o uso de uma cascata genética completa conservada. A conservação do gene Pax6 pode ser observada, por exemplo, se injetarmos seu produto, retirado de Xenopus, em Drosophila. O resultado é a formação de olhos morfologicamente selvagens.

Apesar de muitos estudos sobre a conservação evolutiva dos fatores responsáveis pelo desenvolvimento ocular existirem, ainda há muita discussão permeando o assunto, que sugere que os cefalópodes adquiriram variantes de Pax6 de forma independente em relação aos vertebrados.

Referências