O papel dos telômeros e da metilação global do DNA na evolução cromossômica e na conservação em Ctenomys (Rodentia-Ctenomyidae)

Abstract

Os telômeros tem sido considerados os novos biomarcadores em trabalhos evolutivos, principalmente através do sinal de sequencias teloméricas intersticiais (ITSs), e de mutagenicidade, através da medição do comprimento telomérico (TL). Neste trabalho utilizamos os experimentos de hibridização in situ fluorescente (FISH) em conjunto com a medição do comprimento telomérico para o estudo de evolução cariotípica em uma espécie de Ctenomys. O gênero Ctenomys tem sido bastante utilizado em estudos de evolução cariotípica devido a uma alta frequência de rearranjos cromossômicos principalmente na espécie Ctenomys minutus, considerada modelo para a investigação de mecanismos de instabilidade genômica que se originaram e continuam a originar diferentes cariótipos nessa espécie. Outra abordagem realizada neste trabalho foi a quantificação da metilação global do DNA (5-mdC), utilizada, também, em estudos evolutivos e de mutagênese. A metilação é um dos mecanismos epigenéticos que atuam na regulação da expressão gênica. Neste trabalho podemos perceber como a metilação global do DNA atua em relação ao comprimento telomérico no caso da análise evolutiva dos cariótipos de C. minutus, e no caso da análise de mutagênese realizada na espécie Ctenomys torquatus. C. torquatus, tem uma parte da sua distribuição geográfica coincidente com regiões de mineração e exploração do carvão. Assim, foi despertado o interesse em conhecer os efeitos de uma possível exposição ao carvão no DNA nesta espécie. Para isso ambas metodologias mencionadas acima foram aplicadas neste estudo de mutagênese. Esta tese está dividida em três capítulos principais, apresentados na forma que segue. No primeiro capítulo, é realizado uma pequena revisão de estudos sobre os efeitos de poluentes no DNA em mamíferos subterrâneos, com ênfase no gênero Ctenomys. Além disso, apresentaremos possíveis biomarcadores moleculares para futuros trabalhos. Na área de genética da conservação, essas análises realizadas em Ctenomys representam uma nova abordagem para avaliar o efeito antropogênico em populações naturais de mamíferos. Esses estudos são importantes devido à ênfase na viabilidade de ensaios genotóxicos e ferramentas epigenéticas em estudos de conservação. 9 O segundo capítulo discorre sobre as análises de danos ao DNA na espécie C. torquatus onde sua distribuição geográfica coincide com regiões de mineração e a Usina Termelétrica de Candiota, no Rio Grande do Sul (RS), que é uma das maiores do Brasil. O carvão é um combustível fóssil que causa impactos ambientais desde sua extração até a combustão devido à liberação de diferentes agentes, tais como hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HPA) e metais pesados. Através do comprimento telomérico, da quantificação da metilação global do DNA e o ensaio genotóxico conseguimos avaliar o efeito da exposição ao carvão no DNA e na estrutura populacional de C. torquatus. E por fim, no terceiro capítulo, a evolução dos cariótipos de C. minutus é discutida com o auxílio dos dados obtidos a partir do comprimento telomérico, da quantidade de metilação global do DNA em cada cariótipo e do experimento de FISH realizados nos cariótipos parentais da espécie. Neste trabalho, pela primeira vez, devido à escassez de estudos com técnicas de citogenética molecular para explicar essas diferentes formas cariotípicas que ocorrem nesta espécie, FISH, comprimento telomérico e metilação global do DNA foram analisados em conjunto para melhorar o entendimento da evolução desses cariótipos em toda a sua distribuição geográfica.

Telomeres have been considered the new biomarkers in both evolutionary studies, mainly through the signal of interstitial telomeric sequences (ITSs) and mutagenicity, through the measurement of the telomeric length (TL). In this work, we use fluorescent in situ hybridization (FISH) experiments with the measurement of telomeric length for a study of karyotype evolution in a species of Ctenomys. The genus Ctenomys has been widely used in karyotype evolution studies due to a high frequency of chromosomal rearrangements, mainly in the species Ctenomys minutus, considered a study model for the investigation of genomic instability mechanisms that originated and continue to originate different karyotypes in this species. Another approach carried out in this work was the quantification of global DNA methylation (5-mdC), also used in evolutionary and mutagenesis studies. Methylation is one of the epigenetic mechanisms that act in the regulation of gene expression. In this work, we can see how the global DNA methylation acts with to the telomeric length in the case of the evolutionary analysis of the karyotypes of C. minutus. In the case of the mutagenesis analysis performed in the species Ctenomys torquatus. C. torquatus has part of its geographic distribution coinciding with mining and coal mining regions. Thus, the interest in knowing the effects of possible exposure to coal in DNA in this species was aroused. For that, both methodologies mentioned above were applied in this mutagenesis study. This thesis is divided into three main chapters where the studies are presented as follows. In the first chapter, a small review of studies on the effects of pollutants on DNA in subterranean mammals is carried out, with an emphasis on the genus Ctenomys. This chapter will present some studies on environmental mutagenesis that have been carried out with species of Ctenomys in South America. In addition, we will present possible molecular biomarkers for future studies. In the area of conservation genetics, these analyzes carried out in Ctenomys represent a new approach to assess the anthropogenic effect in natural mammal populations. These studies are important due to the emphasis on the feasibility of genotoxic assays and epigenetic tools in conservation studies. 11 The second chapter discusses the analysis of DNA damage in the species C. torquatus where its geographic distribution coincides with mining regions and the Candiota Thermoelectric Plant, in Rio Grande do Sul (RS), which is one of the largest in Brazil. Coal is a fossil fuel that causes environmental impacts from its extraction to combustion due to the release of different agents, such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and heavy metals. Through the telomeric length, the quantification of the global DNA methylation and the genotoxic assay we were able to evaluate the effect of the exposure to coal in the DNA and in the population structure of C. torquatus. Finally, in the third chapter, the evolution of C. minutus karyotypes is discussed with the help of data obtained from the telomeric length, the amount of global DNA methylation for each karyotype and the FISH experiment carried out on parental karyotypes of the species. In this study, for the first time, due to the lack of studies with molecular cytogenetic techniques to explain these different karyotypic forms that occur in this species, FISH, telomeric length and global DNA methylation were analyzed together to improve the understanding of the evolution of these karyotypes throughout their geographic distribution.