Neofuncionalização - Neofunctionalization
A neofuncionalização , um dos resultados possíveis da divergência funcional , ocorre quando uma cópia do gene, ou paráloga , assume uma função totalmente nova após um evento de duplicação do gene . A neofuncionalização é um processo de mutação adaptativa; o que significa que uma das cópias do gene deve sofrer mutação para desenvolver uma função que não estava presente no gene ancestral. Em outras palavras, uma das duplicatas retém sua função original, enquanto a outra acumula alterações moleculares de forma que, com o tempo, pode realizar uma tarefa diferente.
O processo
O processo de neofuncionalização começa com um evento de duplicação de genes , que se pensa ocorrer como um mecanismo de defesa contra o acúmulo de mutações deletérias. Após o evento de duplicação do gene, existem duas cópias idênticas do gene ancestral desempenhando exatamente a mesma função. Esta redundância permite que uma das cópias assuma uma nova função. No caso de a nova função ser vantajosa, a seleção natural seleciona positivamente para ela e a nova mutação torna-se fixa na população. A ocorrência de neofuncionalização pode na maioria das vezes ser atribuída a mudanças na região codificadora ou mudanças nos elementos reguladores de um gene. É muito mais raro ver grandes mudanças na função da proteína, como estrutura de subunidade ou substrato e afinidade do ligante, como resultado da neofuncionalização.
Restrições seletivas
A neofuncionalização também é comumente referida como "mutação durante a não funcionalidade" ou "mutação durante a redundância". Independentemente de a mutação surgir após a não funcionalidade de um gene ou devido a cópias redundantes de genes, o aspecto importante é que em ambos os cenários uma cópia do gene duplicado é liberada de restrições seletivas e por acaso adquire uma nova função que é então melhorada por seleção natural. Acredita-se que esse processo ocorra muito raramente na evolução por duas razões principais. A primeira razão é que as mudanças funcionais geralmente requerem um grande número de mudanças de aminoácidos; que tem baixa probabilidade de ocorrência. Em segundo lugar, porque mutações deletérias ocorrem com muito mais freqüência do que mutações vantajosas na evolução. Isso torna a probabilidade de que a função do gene seja perdida com o tempo (pseudogenização) muito maior do que a probabilidade do surgimento de uma nova função do gene. Walsh descobriu que a probabilidade relativa de neofuncionalização é determinada pela vantagem seletiva e a taxa relativa de mutações vantajosas. Isso foi comprovado em sua derivação da probabilidade relativa de neofuncionalização para pseudogenização, que é dada por: onde ρ é a razão da taxa de mutação vantajosa para a taxa de mutação nula e S é a seleção da população 4NeS (Ne: tamanho efetivo da população S: intensidade da seleção )
Modelo clássico
Em 1936, Muller propôs originalmente a neofuncionalização como um possível resultado de um evento de duplicação de genes. Em 1970, Ohno sugeriu que a neofuncionalização era o único mecanismo evolutivo que deu origem a novas funções gênicas em uma população. Ele também acreditava que a neofuncionalização era a única alternativa para a pseudogenização. Ohta (1987) foi um dos primeiros a sugerir que outros mecanismos podem existir para a preservação de genes duplicados na população. Hoje, a subfuncionalização é um processo de fixação alternativo amplamente aceito para duplicatas de genes na população e é atualmente o único outro resultado possível de divergência funcional.
Neossubfuncionalização
A neosubfuncionalização ocorre quando a neofuncionalização é o resultado final da subfuncionalização . Em outras palavras, uma vez que um evento de duplicação de genes ocorre formando parólogos que após um período evolutivo subfuncionalizam, uma cópia do gene continua nesta jornada evolutiva e acumula mutações que dão origem a uma nova função. Alguns acreditam que a neofuncionalização é o estágio final para todos os genes subfuncionalizados. Por exemplo, de acordo com Rastogi e Liberles, "Neofuncionalização é o destino terminal de todas as cópias duplicadas do gene retidas no genoma e a subfuncionalização simplesmente existe como um estado transitório para preservar a cópia duplicada do gene." Os resultados de seu estudo são pontuados conforme o tamanho da população aumenta.
Exemplos
A evolução da proteína anticongelante no peixe zoarcídeo antártico L. dearborni fornece um excelente exemplo de neofuncionalização após a duplicação do gene. No caso do gene da proteína anticongelante do peixe zoarcídeo antártico tipo III (AFPIII; P12102 ), o gene divergiu de uma cópia paráloga do gene da sintase do ácido siálico (SAS). Descobriu-se que o gene ancestral SAS tem tanto a sintase do ácido siálico quanto as funcionalidades rudimentares de ligação ao gelo. Após a duplicação, um dos parálogos começou a acumular mutações que levam à substituição dos domínios SAS do gene, permitindo um maior desenvolvimento e otimização da funcionalidade anticongelante. O novo gene agora é capaz de depressão do ponto de congelamento não coligativo e, portanto, é neofuncionalizado. Essa especialização permite que os peixes zoarcídeos da Antártica sobrevivam nas temperaturas frias dos mares da Antártica.
Limitações do modelo
Existem limitações na neofuncionalização como modelo para divergência funcional principalmente porque:
- a quantidade de alterações de nucleotídeos que dão origem a uma nova função deve ser mínima; tornando a probabilidade de pseudogenização muito maior do que a neofuncionalização após um evento de duplicação de genes.
- Após um evento de duplicação de genes, ambas as cópias podem ser submetidas a uma pressão seletiva equivalente àquela que restringe o gene ancestral; o que significa que nenhuma das cópias está disponível para neofuncionalização.
- Em muitos casos, a seleção darwiniana positiva apresenta uma explicação mais parcimoniosa para a divergência de famílias multigênicas.
