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Visualizando o genoma: Primeiras estruturas 3D de DNA ativo são criadas.


Por Science Daily 

[Obs: Texto adaptado – Vídeos em inglês – Imagem do Science Daily com os devidos crétitos]

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Genoma intacto de uma determinada célula estaminal embrionária de rato. Cada um dos  20 cromossomos estão coloridos de forma diferente.

Cientistas determinaram as primeiras estruturas tridimensionais de genomas intactos de células individuais de mamíferos, mostrando como o DNA de todos os cromossomos se dobram intrincadamente, para se encaixar dentro dos núcleos das células.

Pesquisadores da Universidade de Cambridge e do MRC Laboratório de Biologia Molecular usaram uma combinação de imagens e até 100.000 cálculos de onde diferentes partes do DNA estão próximas umas das outras para examinar o genoma em uma célula-tronco embrionária de ratos. As células-tronco são “células-mestre“, que podem se desenvolver – ou “diferenciar” – em quase qualquer tipo de célula dentro do corpo.

A maioria das pessoas estão familiarizadas com a bem conhecida forma ‘X’ dos cromossomos, mas na verdade os cromossomos só assumem essa forma quando a célula se divide. Usando sua nova abordagem, pesquisadores agora foram capazes de determinar as estruturas de cromossomos ativos dentro da célula, e como eles interagem uns com os outros para formarem um genoma intacto. Isso é importante porque o conhecimento da forma como o DNA se dobra dentro da célula permite que cientistas estudem como genes específicos e as regiões de DNA que os controlam, interagem uns com os outros. A estrutura do genoma controla quando e com que intensidade os genes – regiões particulares do DNA – são ligados ou desligados. Isto desempenha um papel crítico no desenvolvimento dos organismos e também, quando dá errado, em doenças.

Os pesquisadores têm ilustrado a estrutura ao acompanhar os vídeos, que mostram o genoma intacto de uma célula-tronco embrionária de ratos. No filme, acima, cada um dos 20 cromossomos da célula estão coloridos de forma diferente.

Em um segundo vídeo, as regiões dos cromossomos onde os genes são ativos, elas estão na cor azul, e as regiões que interagem com a lâmina nuclear (uma rede fibrilar densa dentro do núcleo) são amarelas. A estrutura mostra que o genoma está disposto de tal modo, que as regiões genéticas mais ativas estão no interior e separadas no espaço a partir das regiões menos ativas que se associam com a lâmina nuclear. A segregação consistente dessas regiões, da mesma forma em todas as células, sugere que esses processos poderiam conduzir ao dobramento do cromossomo e do genoma e assim regular eventos celulares importantes, como replicação do DNA e divisão celular.

O professor Ernest Laue, cujo grupo no Departamento de Bioquímica de Cambridge desenvolveu a abordagem, comentou:

“Saber onde estão todos os genes e elementos de controle em um dado momento nos ajudará a entender os mecanismos moleculares que controlam e mantêm sua expressão.

No futuro, vamos ser capazes de estudar como isso muda à medida que as células-tronco se diferenciam e como as decisões são tomadas em células-tronco individuais em desenvolvimento. Até agora, só pudemos observar grupos, ou “populações”, dessas células e, portanto, não conseguimos ver diferenças individuais, pelo menos do lado de fora. Atualmente, esses mecanismos são mal compreendidos e compreendê-los pode ser fundamental para a realização do potencial das células estaminais na medicina.” [Enfase deste blog]

A pesquisa, realizada por cientistas dos Departamentos de Bioquímica, Química e do Wellcome-MRC Stem Cell Institute da Universidade de Cambridge, juntamente com colegas do Laboratório de Biologia Molecular do MRC, foi publicada (13.Mar.2017) hoje na revista Nature.

O Dr. Tom Collins, da equipe de Genética e Ciências Moleculares da Wellcome, disse:

“Visualizar um genoma em 3D com um nível de detalhe sem precedentes é um passo emocionante na pesquisa e que já está sendo realizado há muitos anos. Os princípios subjacentes que regem a organização dos nossos genomas – por exemplo, como os cromossomos interagem ou como a estrutura pode influenciar se os genes são ligados ou desligados. Se pudermos aplicar este método para células com genomas anormais, como as células cancerosas, podemos ser capazes de entender melhor, o que exatamente, dá errado, causando doenças, e como nós poderíamos desenvolver soluções para corrigir isso.

Vídeo 1: https://www.youtube.com/watch?v=1Fyq9ul9N9Q

Vídeo 2: https://www.youtube.com/watch?v=zBzdvhwtG5A


 

 

Story Source:

Materials provided by University of Cambridge. Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

  1. Stevens, TJ et al. 3D structures of individual mammalian genomes studied by single-cell Hi-C. Nature, 3 March 2017 DOI: 10.1038/nature21429
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