O genoma mitocondrial é uma molécula circular de dupla hélice, fechada e pequena, com 16.569 pares de bases (pb) herdadas apenas de mães para filhos e filhas (casos de heteroplasmia são raros), portanto, não há recombinação genética no momento da concepção e, também, evolui exclusivamente pelo acúmulo de mutações ao longo do tempo.
A alta taxa de mutação do genoma mitocondrial (10 a 20 vezes a do DNA nuclear, em termos de genes com funções comparáveis) é útil para diferenciar entre populações que ao longo do tempo estão biologicamente relacionadas. No entanto, sua taxa de mutação pode ser tão rápida que fenômenos de retromutação podem ocorrer. A taxa média de evolução desta molécula foi calculada a partir de espécies nas quais estavam disponíveis tempos de divergência dos restos fósseis e dados biodemográficos ou proteicos sendo o resultado de 1-2% por milhão de anos, válido para diferentes ordens.
Esta parte específica do DNA funciona como uma ferramenta para investigar a relação biológica entre populações visto que suas propriedades permitem elucidar as relações entre populações que divergiram recentemente, adicionando uma dimensão temporal sem ter que considerar os fenômenos de recombinação. Para isso, deve-se ter em mente o seguinte: dois indivíduos cujo ancestral comum foi uma mulher terão moléculas de DNA mitocondrial tão diferentes quanto o tempo que passou desde a separação do ancestral.
Algumas regiões do DNA podem ser muito semelhantes entre si, permitindo que sejam classificadas dentro de um mesmo conjunto, conhecido como haplogrupo. Por exemplo, Torroni et al (1993) tipificaram as linhagens fundadoras mitocondriais para o continente americano, que foram denominadas haplogrupos A, B, C e D, de acordo com mutações pontuais na sequência mitocondrial. Essas mutações criam diferentes sítios de corte para enzimas específicas, conforme descrito abaixo: na linhagem A há o sítio de corte 663 para a enzima HaeIII, a linhagem C é caracterizada pelo sítio 13259 para HincII, na linhagem D é reconhecido o sítio 5176 para AluI; Essa identificação é feita a partir de polimorfismos de comprimento de fragmentos (RFLP). No caso da linhagem B, há uma deleção de 9 pares de bases na posição 8272-8289.
A distribuição geográfica de cada linhagem foi descrita da seguinte forma: a linhagem A é a predominante no continente americano e especialmente na América do Norte. No entanto, este haplogrupo também é atribuído a populações mesoamericanas. As linhagens C e D aparecem principalmente na América do Sul. A linhagem B é encontrada na região norte e sul da costa do Pacífico, inclusive Kemp et al (2010) a propõe como uma linhagem característica da família Yuto-Azteca e do sudoeste dos Estados Unidos.
Além disso, existem mutações que são compartilhadas entre indivíduos do mesmo haplogrupo, o que tornou possível descrever haplótipos (ou sublinhagens) específicos de algumas populações. Na Figura 1 você pode ver as regiões do DNA mitocondrial que contêm as mutações para reconhecer cada linhagem.
Figura 1. Regiões de DNA mitocondrial que tipificam cada linhagem fundadora americana.
Durante alguns anos apenas estas quatro linhagens foram reconhecidas até que o haplogrupo X foi incluído para as populações do norte do continente, que também está remotamente relacionado com as populações europeias. As linhagens anteriores têm correspondência com populações asiáticas, embora sejam observadas com menos frequência que no continente americano; as linhagens A, B e C não são encontradas nos africanos e caucasianos modernos; e a linhagem D também existe na África, mas associada a outros locais de restrição. Com o exposto poderíamos dizer que estes haplogrupos caracterizam as populações americanas e, portanto, o seu estudo é apropriado em termos de povoamento e migrações (antigas e recentes).
A forma de estabelecer semelhanças ou diferenças genéticas entre populações é através das distâncias genéticas, que podem ter uma explicação histórica, visto que mudam (aumentam ou diminuem) ao longo da passagem das gerações, e podem nos direcionar para eventos na história de uma população, como, por exemplo, no momento de uma grande migração ou contato entre duas culturas. Com este cálculo podemos discernir quais mecanismos entraram em ação para nos dar este ou aquele resultado.
Tanto a deriva genética como o fluxo gênico têm a ver com a facilidade com que um grupo, neste caso os seres humanos, tem de se movimentar dentro de um território e entrar em contato com outros grupos. Assim, o isolamento geográfico é a distância genética que cresce com o aumento da distância geográfica entre grupos humanos.
Para explicar a diversidade nas linhagens mitocondriais fundadoras na América, existem duas hipóteses: que este continente tenha sido colonizado por múltiplos eventos desde a Beringia (ligação entre a Sibéria e o Alasca por uma faixa de terra hoje submersa no oceano) , ou que uma vez ocorrida a migração, ocorreram mudanças evolutivas após a colonização. Também são explicadas duas rotas de entrada dessas variações no continente, a primeira propõe que os quatro haplogrupos fundadores sem variações, ou seja, cada um com um haplótipo raiz, poderiam ter chegado logo após o Último Máximo Glacial ou um pouco antes, entre 21 mil a 19 mil anos atrás, e teriam seguido uma rota costeira pelo Pacífico. A segunda proposta sugere que estas variações intra-haplogrupos já existiam na Beringia e foram transportadas para o sul do continente americano mas a sua entrada teria sido exatamente no final do Último Máximo Glacial para que as rotas dentro do continente já estivessem livres, então a entrada desses grupos humanos seria há 19 mil anos. Há também uma grande diversidade de haplogrupo A e um tempo de coalescência menor que o dos demais (17 mil anos).
A explicação mais provável para isto é que existiram expansões secundárias do haplogrupo A desde a Beringia, muito depois do fim do Último Máximo Glacial. Apesar da discrepância quanto à época de entrada do homem na América, os estudos genéticos têm conseguido trazer alguma clareza, pois sustentam a hipótese de que grupos humanos existiam no continente americano antes de Clóvis. Verifica-se que há uma separação entre os ancestrais do Nordeste Asiático há 25-35 mil anos e a entrada na América há 15-35 mil anos. A Figura 2 mostra as rotas dos haplogrupos mitocondriais no mundo e o tempo de divergência em anos anteriores ao presente.
Figura 2. Mapa das diferentes rotas de dispersão das linhagens mitocondriais
Existe uma ferramenta muito útil para análise genética: a filogeografia. Estas são as primeiras aplicações de estudos moleculares e buscam determinar as relações filogenéticas e espaciais entre sequências de nucleotídeos, neste caso o DNA mitocondrial. A distribuição espacial pode assemelhar-se a um padrão temporal, ou seja, as sequências de DNA mais distantes geograficamente deveriam ser as mais diferentes geneticamente, assim como as sequências de DNA que divergiram há muito tempo também deveriam ser as mais diferentes geneticamente. Então, populações geograficamente distantes, com pouco ou nenhum fluxo gênico entre elas, acumulariam diferenças devido à deriva genética e à mutação, até mesmo por seleção, mas podem ocorrer situações que não permitem a deriva, como um ou mais efeitos fundadores ou outros padrões de fluxo gênico.
Os dados fornecidos pelos genes mitocondriais têm sido alguns dos mais úteis na pesquisa filogeográfica devido à característica que esses genes têm de não se recombinarem e, como resultado, mostram uma linha filogenética muito mais clara do que muitos genes nucleares. O tamanho efetivo da população calculado com genes mitocondriais (e com o cromossomo Y que funciona de maneira semelhante) é cerca de um quarto daquele calculado para genes nucleares, portanto a divergência ocorre quase quatro vezes mais rápido do que com genes nucleares, esta rápida taxa de divergência (e fluxo gênico) pode fazer com que o padrão de herança observado nesses genes uniparentais seja diferente das filogenias obtidas com genes nucleares (que representam a maior parte do pool genético de um indivíduo).
Artigo de: Águeda Muñoz Gerardo. Licenciada em Antropologia Física pela Escola Nacional de Antropologia e História. Mestre em Antropologia pela Universidade Nacional Autônoma de México. Atualmente cursa o doutorado em Antropologia na UNAM. Entre seus temas de interesse estão migrações humanas, antropologia genética e povos indígenas de México.
Referencia autoral (APA): Muñoz Gerardo, Á.. (Setembro 2023). Conceito de DNA Mitocondrial. Editora Conceitos. Em https://conceitos.com/dna-mitocondrial/. São Paulo, Brasil.
