Cento e cinquenta anos atrás, Dmitri Mendeleev criou a tabela periódica, um sistema para classificar átomos com base nas propriedades de seus núcleos. Esta semana, uma equipe de biólogos que estuda a árvore da vida revelou um novo sistema de classificação para núcleos celulares e descobriu um método para transmutar um tipo de núcleo celular em outro.
O estudo, que aparece esta semana na revista Science, surgiu de vários esforços antes separados. Um deles centrou-se no DNA Zoo, um consórcio internacional que abrange dezenas de instituições, incluindo Baylor College of Medicine, o Centro de Física Teórica Biológica (CTBP) apoiado pela National Science Foundation na Rice University, na University of Western Australia e no SeaWorld.
Cientistas da equipe do DNA Zoo trabalharam juntos para classificar como os cromossomos, que podem ter vários metros de comprimento, se dobram para caber nos núcleos de diferentes espécies da árvore da vida.
“Quer estivéssemos olhando minhocas ou ouriços, ascídias ou corais, continuávamos vendo os mesmos padrões de dobra surgindo”, disse a Dra. Olga Dudchenko, co-autora do novo estudo e membro do Centro de Arquitetura do Genoma em Baylor e CTBP.
Eventualmente, a equipe percebeu que estava apenas vendo variantes em dois projetos nucleares gerais. “Em algumas espécies, os cromossomos são organizados como as páginas de um jornal impresso, com as margens externas de um lado e o meio dobrado do outro”, explicou Dudchenko, que também é codiretor do DNA Zoo. “E então, em outras espécies, cada cromossomo é amassado em uma pequena bola.”
“Então, tivemos um quebra-cabeça”, disse o Dr. Erez Lieberman Aiden, professor associado de genética humana e molecular e Scholar McNair Emérito em Baylor, codiretor do Zoológico de DNA e autor sênior do novo estudo. “Os dados indicam que, ao longo da evolução, as espécies podem alternar entre um tipo e outro. Nós nos perguntamos: qual é o mecanismo de controle? Seria possível transformar um tipo de núcleo em outro no laboratório?” Aiden também é diretor do Center for Genome Architecture e pesquisador sênior do CTBP.
Enquanto isso, uma equipe independente da Holanda descobriu algo inesperado. “Eu estava fazendo experimentos com uma proteína chamada condensina II, que sabíamos que desempenha um papel na divisão das células”, disse Claire Hoencamp, co-autora do estudo e membro do laboratório do Dr. Benjamin Rowland na Netherlands Cancer Instituto. “Mas observamos a coisa mais estranha: quando alteramos a proteína nas células humanas, os cromossomos se reorganizaram totalmente. Foi desconcertante!”
As duas equipes se encontraram em uma conferência nas montanhas austríacas, onde Rowland apresentou o trabalho mais recente de seu laboratório. Eles logo perceberam que Hoencamp havia descoberto uma maneira de converter células humanas de um tipo nuclear para outro.
“Quando olhamos para os genomas sendo estudados no DNA Zoo, descobrimos que a evolução já havia feito nosso experimento muitas e muitas vezes! Quando mutações em uma espécie quebram a condensina II, geralmente invertem toda a arquitetura do núcleo”, disse Rowland , autor sênior do estudo. “É sempre um pouco decepcionante ser descoberto em um experimento, mas a evolução teve uma longa vantagem inicial.”
A equipe decidiu trabalhar em conjunto para confirmar o papel da condensina II. Mas então a pandemia COVID-19 atingiu, e grande parte do mundo fechou.
“Sem acesso aos nossos laboratórios, ficamos com apenas uma maneira de estabelecer o que a condensina II estava fazendo”, disse Hoencamp. “Precisávamos criar um programa de computador que pudesse simular os efeitos da condensina II na cadeia de centenas de milhões de letras genéticas que compõem cada cromossomo humano.”
A equipe recorreu ao Dr. José Onuchic, o Harry C. e Olga K. Wiess Chair of Physics at Rice. “Nossas simulações mostraram que, ao destruir a condensina II, você poderia fazer um núcleo humano se reorganizar para se assemelhar a um núcleo de mosca”, disse Onuchic, codiretor do CTBP, que inclui colaboradores em Rice, Baylor, Northeastern University e outras instituições em Houston e Boston .
As simulações foram realizadas por uma equipe do laboratório de Onuchic no CTBP, liderada pelo bolsista de pós-doutorado e co-autora Dra. Sumitabha Brahmachari, trabalhando com o Dr. Vinicius Contessoto, um ex-pós-doutorado do CTBP, e a Dra. Michele Di Pierro, uma sênior do CTBP investigador e atualmente professor assistente da Northeastern University.
“Começamos com uma pesquisa incrivelmente ampla de 2 bilhões de anos de evolução nuclear”, disse Brahmachari. “E descobrimos que muito se resume a um mecanismo simples, que podemos simular e recapitular, por conta própria, em um tubo de ensaio. É um passo empolgante no caminho para um novo tipo de engenharia de genoma – em 3D! “
Publicado em 31/05/2021 07h43
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