A história evolutiva dos genes Brachyury em Hydrozoa envolve duplicações, divergências e neofuncionalização

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9382 (2023) Citar este artigo

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Brachyury, um membro da família de genes T-box, é amplamente conhecido por seu papel importante na especificação do mesoderma em bilaterais. Também está presente em metazoários não bilaterais, como os cnidários, onde atua como componente de um sistema de padronização axial. Neste estudo, apresentamos uma análise filogenética de genes de Brachyury dentro do filo Cnidaria, investigamos a expressão diferencial e abordamos uma estrutura funcional de parálogos de Brachyury no hidrozoário Dynamena pumila. Nossa análise indica dois eventos de duplicação de Brachyury dentro da linhagem de cnidários. A primeira duplicação provavelmente apareceu no ancestral medusozoário, resultando em duas cópias em medusozoários, enquanto a segunda duplicação surgiu no ancestral hidrozoário, resultando em três cópias em hidrozoários. Brachyury1 e 2 exibem um padrão de expressão conservador marcando o polo oral do eixo do corpo em D. pumila. Pelo contrário, a expressão de Brachyury3 foi detectada em células dispersas presumivelmente nervosas da larva de D. pumila. As modulações farmacológicas indicaram que Brachyury3 não está sob regulação da sinalização cWnt em contraste com os outros dois genes Brachyury. Divergências nos padrões de expressão e regulação sugerem neofuncionalização de Brachyury3 em hidrozoários.

Brachyury (ou T) é um membro fundador da família de fator de transcrição T-box1 identificado pela primeira vez em uma cepa de camundongo mutante2. Camundongos sem um alelo de Brachyury exibem um fenótipo de cauda curta3, enquanto a perda letal pré-natal de ambos os alelos leva a deficiências graves no mesoderma e na formação da estrutura axial4,5. Estudos subsequentes demonstraram que Brachyury é altamente conservado e presente não apenas em cordados, mas na maioria dos animais metazoários, desde ctenóforos a ouriços-do-mar, bem como em ictiosporos, filasterídeos e vários fungos de ramificação precoce6,7,8,9.

A braquiúria desempenha um papel crucial na formação da notocorda em vários cordados (revisado em 10) e na especificação do mesoderma em bilaterais em geral (revisado em 11), e sua função evolutiva primária está possivelmente associada à demarcação da camada germinativa e morfogênese durante a gastrulação12,13. É também um componente importante da rede reguladora do gene de padrão axial14.

Embora as funções de Brachyury tenham sido examinadas em um número limitado de espécies, os padrões de sua expressão durante o desenvolvimento embrionário são bem estudados. Um dos domínios de expressão de Brachyury é detectado de forma conservadora em um pólo do eixo do corpo (por exemplo, pólo oral em cnidários, pólo posterior em deuterostômios)15,16,17,18, onde o local de internalização celular também está localizado nas gástrulas de maioria dos animais. Dentro dos hidrozoários, a expressão de Brachyury foi demonstrada no local de ingresso celular durante a gastrulação nos embriões de Clytia hemisphaerica19. Brachyury é expresso em torno de um blastóporo em ctenóforos8, antozoários12,20, equinodermos21,22, anfioxo23 e todos os vertebrados investigados até agora (revisado em 10), embora esse domínio de expressão tenha sido perdido em ascídias24. Em anelídeos, moluscos e insetos, a expressão de Brachyury também está associada ao blastóporo, embora esse domínio de expressão se dissolva em vários graus (revisado em 11).

Uma única cópia do gene Brachyury está presente nos genomas da maioria dos metazoários. No entanto, existem várias exceções. Dentro dos cordados, Xenopus laevis possui quatro genes Brachyury 25,26, onde tbxt.L/tbxt.S (Xbra e Xbra2) e tbxt.2.L/tbxt.2.S (Xbra3) cada um são considerados aloalelos, surgindo de a recente duplicação do genoma25,26,27. X. tropicalis contém dois genes de Brachyury, um dos quais está agrupado com Xbra/Xbra2 (tbxt) e o outro corresponde ao gene Xbra3 de X. laevis (tbxt.2)28. Peixes teleósteos, como medaka, peixe-zebra e esgana-gata de três espinhos, possuem dois genes Brachyury (Bra e Ntl) em seus genomas28,29. Brachyury está presente em duas cópias no anfioxo do cordado basal23,30,31. De acordo com a análise filogenética, os eventos de duplicação ocorreram não no ancestral dos cordados, mas em todas as três linhagens de cordados independentemente28,32. Dentre os metazoários não cordados, os hidrozoários Hydra e C. hemisphaerica possuem pelo menos duas cópias do gene Brachyury13,33.