Em Defesa do Design Inteligente

Início » 2017 » agosto » 08

Arquivo diário: agosto 8, 2017

O Antigo Mistério Biológico Sobre A Organização Do DNA Agora Resolvido.

Por Science Daily 

[***Obs: Título e texto adaptados a partir do original – Imagem do SD]

Esticado, o DNA de todas as células do nosso corpo chegaria a Plutão. Então, como cada célula minúscula possui um comprimento de DNA de dois metros em seu núcleo, sendo o seu total de apenas um milésimo de milímetro? A resposta a este enigma biológico assustador, é fundamental para entender como a organização tridimensional do DNA no núcleo influencia nossa biologia, entender como nosso genoma orquestra nossa atividade celular, e como os genes são passados de pais para filhos.

170727141510_1_540x360.jpg

Agora, cientistas do Instituto Salk e da Universidade da Califórnia, em San Diego, forneceram pela primeira vez uma visão sem precedentes da estrutura 3D da cromatina humana – a combinação de DNA e proteínas – no núcleo das células humanas vivas.

No estudo do tour de force, descrito no Science em 27 de julho de 2017, os pesquisadores do Salk identificaram um novo corante de DNA que, quando emparelhado com microscopia avançada; uma tecnologia combinada chamada ChromEMT, permite uma visualização altamente detalhada da estrutura da cromatina nas células durante os estágios de repouso e miótico (divisão). Ao revelar a estrutura da cromatina nuclear em células vivas, o trabalho pode ajudar a reescrever o modelo de organização livro-texto do DNA e até mesmo mudar a forma como abordamos tratamentos para doenças.

Um dos desafios mais intratáveis na biologia é descobrir a estrutura de DNA de ordem superior no núcleo e como isso está ligado às suas funções no genoma“, diz o professor associado de Salk, Clodagh O’Shea, escritor no Howard Hughes Medical Institute Faculty e autor sênior do artigo. “É de grande importância, pois esta é uma estrutura de DNA biologicamente relevante, que determina a função e a atividade dos genes“.

Desde que Francis Crick e James Watson determinaram a estrutura primária do DNA como uma dupla hélice, os cientistas se perguntaram como o DNA é organizado para permitir que todo o seu comprimento se empilhe no núcleo, de modo que a máquina de cópia da célula possa acessá-lo em diferentes pontos do ciclo de atividades da célula. Os raios-X e a microscopia mostraram que o nível primário da organização da cromatina, envolve 147 bases de enrolamento de DNA em torno de proteínas para formar partículas de aproximadamente 11 nanômetros (nm) em diâmetro, chamadas nucleossomos. Acredita-se que esses nucleossomos, como “grânulos em um fio “, dobram-se em fibras discretas de diâmetro crescente (30, 120, 320 nm, etc.), até formar cromossomos. O problema é que ninguém viu cromatina nessas dimensões discretas intermediárias, em células que não são que quebradas e que seu DNA foi processado rigorosamente, de modo que, o modelo livro-texto da organização hierárquica de ordem superior da cromatina em células intactas, permaneceu sem verificação.

Para superar o problema da visualização da cromatina em um núcleo intacto, A equipe de O’Shea selecionou uma série de corantes candidatos, eventualmente encontrando um que poderia ser precisamente manipulado com luz para se submeter a uma complexa série de reações químicas que essencialmente “pintariam” a superfície do DNA com um metal para que sua estrutura local e polímero 3D A organização pode ser imaginada em uma célula viva. A equipe fez parceria com a Universidade da Califórnia, San Diego, professor e especialista em microscopia Mark Ellisman, um dos co-autores do papel, para explorar uma forma avançada de microscopia eletrônica que inclina amostras em um feixe de elétrons, permitindo que sua estrutura 3D seja reconstruída. A equipe de O’Shea chamou a técnica, que combina seu cromatógrafo com tomografia eletrônica, ChromEMT.

A equipe usou ChromEMT para imagem e medição da cromatina em células humanas em repouso e durante a divisão celular (mitose), quando o DNA é compactado em sua forma mais densa – os 23 pares de cromossomos mitóticos que são a imagem icônica do genoma humano. Surpreendentemente, eles não viram nenhuma das estruturas de ordem superior do modelo livro-texto em nenhum lugar.

O modelo livro-texto é uma ilustração de desenho animado por um motivo“, diz Horng Ou, um pesquisador associado do Salk e o primeiro autor do paper. “A cromatina que foi extraída do núcleo e submetida a processamento in vitro – em tubos de ensaio – pode não parecer cromatina em uma célula intacta, por isso é tremendamente importante poder vê-la in vivo“.

O que a equipe de O’Shea viu, tanto em células em repouso quanto em divisão, era a cromatina, cujas “esferas em uma corda” não formaram nenhuma estrutura de ordem superior, como os 30 ou 120 ou 320 nanômetros teorizados. Em vez disso, formou uma cadeia semi-flexível, que eles meticulosamente mediram como variando continuamente ao longo do seu comprimento entre apenas 5 e 24 nanômetros, dobrando e flexionando para atingir diferentes níveis de compactação. Isso sugere que é a densidade da embalagem da cromatina, e não uma estrutura de ordem superior, que determina quais áreas do genoma estão ativas e que são suprimidas.

Com suas reconstruções em microscopia 3D, a equipe conseguiu mover-se através de um volume de torções de cromatina de 250 nm x 1000 nm x 1000 nm, e vislumbra como uma molécula grande como a RNA polimerase, que transcreve DNA (cópias), pode ser direcionada pela densidade variável da embalagem da cromatina, como uma aeronave de vídeo-games que voa através de uma série de cânions, a um ponto específico do genoma. Além de aumentar o modelo de livros didáticos da organização do DNA, os resultados da equipe sugerem que controlar o acesso à cromatina pode ser uma abordagem útil para prevenir, diagnosticar e tratar doenças como o câncer.

Mostramos que a cromatina não precisa formar estruturas discretas de ordem superior para se adequarem ao núcleo“, acrescenta O’Shea. “É a densidade do empacotamento que pode mudar e limitar a acessibilidade da cromatina, proporcionando uma base estrutural local e global através da qual diferentes combinações de sequências de DNA, variações e modificações nucleossômicas podem ser integradas no núcleo para afinar requintadamente a atividade funcional e a acessibilidade de nossos genomas.

O trabalho futuro examinará se a estrutura da cromatina é universal entre os tipos celulares ou mesmo entre os organismos.

 


 

Journal Reference:

  1. Horng D. Ou, Sébastien Phan, Thomas J. Deerinck, Andrea Thor, Mark H. Ellisman, Clodagh C. O’Shea. ChromEMT: Visualizing 3D chromatin structure and compaction in interphase and mitotic cellsScience, 2017; 357 (6349): eaag0025 DOI: 10.1126/science.aag0025
Anúncios