Quando as pessoas pensam em DNA, elas visualizam uma estrutura de dupla hélice semelhante a uma corda. Na realidade, a dupla hélice do DNA nas células é superenrolada e restrita em alças. Sabe-se que esse superenrolamento e looping influenciam todos os aspectos da atividade do DNA, mas não está claro como isso acontece.
Publicado na revista Nature Communications, um estudo realizado por pesquisadores do Baylor College of Medicine mostra que o superenrolamento e o looping podem transmitir estresse mecânico ao longo da espinha dorsal do DNA. O estresse pode promover a separação das fitas da dupla hélice em locais distantes específicos, expondo as bases do DNA, o que pode facilitar o reparo, a replicação, a transcrição ou outros aspectos da função do DNA.
“O DNA armazena a informação genética de uma célula em uma forma estável e protegida que é facilmente acessível para a célula realizar suas atividades”, disse o autor correspondente, Dr. Lynn Zechiedrich, Kyle e Josephine Morrow Chair em virologia molecular e microbiologia em Baylor. “Os organismos alcançam esse objetivo aparentemente paradoxal ao armazenar DNA em loops superenrolados. No estudo atual, investigamos como o superenrolamento e o looping modulam a atividade do DNA.”
Zechiedrich e seus colaboradores começaram fazendo pequenos pedaços de DNA superenrolado, como aqueles presentes em células vivas. Eles pegaram uma dupla hélice curta e linear de DNA e a torceram uma, duas, três vezes ou mais, seja na direção da volta da dupla hélice (superenrolamento positivo) ou contra ela (superenrolamento negativo). Em seguida, eles conectaram as pontas formando um laço.
“Em um estudo anterior, observamos as estruturas 3D dos minicírculos superenrolados com criotomografia de elétrons (cryo-ET), uma técnica de imagem que produz visualizações 3D de alta resolução de moléculas grandes”, disse Zechiedrich, membro do Dan L de Baylor Duncan Comprehensive Cancer Center. “Observamos uma variedade surpreendentemente ampla de formatos de minicírculos, dependendo do nível específico de superenrolamento. Muitas das formas que observamos continham DNA fortemente dobrado. Esta observação foi inesperada.”
Foi inesperado porque os modelos indicam que os círculos superenrolados de DNA se comportariam mais como um elástico torcido.
“Descobrimos que o DNA superenrolado e em loop, em vez de se dobrar suavemente, de repente salta arestas que produzem uma ruptura na dupla hélice”, disse Zechiedrich. “As aberturas expõem esse código de DNA específico, tornando-o acessível a proteínas que procuram sequências específicas para interagir com o DNA, por exemplo, para repará-lo ou fazer uma cópia dele.”
“Outra descoberta importante é a ideia de ‘ação à distância'”, disse o primeiro autor, Dr. Jonathan M. Fogg, cientista sênior da equipe do laboratório Zechiedrich. “Os efeitos do superenrolamento do estresse em um local do loop podem ser transmitidos ao longo do backbone do DNA para um local distante. Por exemplo, se um local for fortemente dobrado, um segundo local distante do primeiro local também será fortemente dobrado. Estudo O DNA linear não captura esse fenômeno, mas nossos minicírculos superenrolados revelam essas propriedades dinâmicas do DNA conforme ele é encontrado nas células. ”
Essas descobertas sugerem uma nova perspectiva sobre como as atividades de DNA são reguladas. Atualmente, a ideia é que proteínas especializadas interajam com o DNA para separar segmentos da dupla hélice que precisam ser duplicados, por exemplo, ou transcritos em RNA para produzir uma proteína.
“Aqui, mostramos que nenhuma proteína é necessária para acessar o DNA, ela pode se tornar acessível por conta própria”, disse Zechiedrich.
“Nossas células criaram muitos processos complexos para lidar com o armazenamento e uso do DNA, e a forma desse DNA afeta todos eles”, disse a coautora Allison Judge, estudante de pós-graduação no Departamento de Farmacologia e Biologia Química.
“Nossas descobertas fornecem novos insights sobre o que governa a forma do DNA”, disse o co-autor Erik Stricker, estudante de pós-graduação em pediatria-oncologia. “Nós propomos que variações nessas novas formas de DNA poderiam ter aplicações potenciais da nanotecnologia, como terapia genética.”
“Nosso estudo muda a marca do DNA de uma biomolécula passiva para uma ativa”, disse a coautora Hilda Chan, estudante de graduação no Programa de Treinamento de Cientistas Médicos. “Nossas descobertas estimulam trabalhos futuros sobre como o DNA pode usar sua forma para controlar a acessibilidade a sequências específicas em uma variedade de situações, como em resposta a drogas, infecção ou pontos no ciclo celular.”
Publicado em 28/09/2021 12h06
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