Consertar quebras nos genes com velocidade e perfeição pode ser uma questão de vida ou morte para a maioria dos organismos. Mesmo as mudanças mais simples em uma sequência podem causar uma catástrofe, especialmente se o código alterado for responsável por uma função crítica.
Ao longo do último meio século, os biólogos estudaram os mecanismos envolvidos para reunir a maioria das etapas principais envolvidas na realização de reparos fiéis no DNA. No entanto, uma parte do processo permaneceu frustrantemente obscura.
Ao marcar as principais enzimas e DNA com marcadores fluorescentes e observar o processo de reparo se desdobrar em tempo real em um modelo de Escherichia coli, pesquisadores da Universidade de Uppsala, na Suécia, preencheram os detalhes que faltam sobre como as bactérias encontram os modelos nos quais dependem para manter o erro de reparos genéticos -gratuitamente.
Um truque que a maioria dos seres vivos usa para manter seu código em ordem é o processo de recombinação homóloga, o equivalente biológico de comparar duas versões distintas de um script para garantir que uma cópia não tenha introduzido por engano nenhum erro.
Ao segurar uma versão não danificada de uma sequência ao lado de um trabalho de reparo, uma célula pode garantir que não ocorreram alterações quando as pontas cortadas foram coladas.
Os biólogos moleculares já sabem há algum tempo que a proteína recombinase RecA desempenha um papel fundamental no gerenciamento desse processo. É uma enzima tão importante para manter a integridade do DNA que alguma versão dela foi encontrada em praticamente todas as espécies estudadas.
Quando uma “escada” de DNA de fita dupla se rompe completamente, um complexo de proteínas começa a trabalhar agarrando as pontas cortadas e aparando-as de maneira ordenada para que RecA possa se instalar e fazer seu trabalho.
Isso envolve a proteína se estendendo em um longo aglomerado, formando um filamento de proteína e ácido nucléico que é capaz de segurar tanto a fita quebrada quanto uma segunda escada intacta de DNA ininterrupto.
Isso os cientistas sabem. A partir daí, o filamento precisa encontrar a sequência certa para servir como um ponto de comparação. Como o filamento consegue essa busca em um tempo suficientemente curto tem sido um mistério por quase 50 anos, composto pelos milhões de pares de bases a serem verificados em meio às complexas voltas e mais voltas do cromossomo.
Para entender melhor o tempo e a navegação da enzima em funcionamento, os pesquisadores cultivaram milhares de células de E. coli dentro de uma série de minúsculos canais que lhes permitiram rastrear bactérias individuais à medida que eram testadas.
Com as células no lugar, os cientistas fizeram quebras precisas em seu DNA usando a edição do gene CRISPR, marcando as extremidades cortadas com marcadores fluorescentes para visualizar a localização da quebra em um microscópio.
“O chip de cultura microfluídica nos permite seguir o destino de milhares de bactérias individuais simultaneamente e controlar quebras no tempo de DNA induzidas por CRISPR”, disse o biólogo molecular Jakub Wiktor da Universidade de Uppsala.
Por último, eles usaram anticorpos para identificar a localização dos filamentos RecA conforme eles se acomodavam e realizavam a busca na biblioteca.
Um alerta químico avisou a equipe quando todo o processo de reparo foi concluído. Em média, demorou apenas 15 minutos para a E. coli terminar o trabalho.
Surpreendentemente, normalmente leva apenas nove desses minutos para a proteína encontrar o modelo certo.
O segredo parece estar na construção do filamento de nucleoproteína da RecA. Este fio se estende por toda a célula, agarrando o cromossomo e deslizando para baixo em busca de uma correspondência com a sequência em seu alcance.
Embora isso possa não parecer tão eficiente, não é realmente diferente de andar metodicamente para cima e para baixo nos corredores de uma biblioteca em busca de um livro que corresponda ao número de telefone do catálogo.
“Uma vez que as extremidades do DNA são incorporadas a essa fibra, é suficiente que qualquer parte do filamento encontre o precioso molde e, assim, a busca é teoricamente reduzida de três para duas dimensões”, diz Arvid Gynnå.
“Nosso modelo sugere que esta é a chave para um reparo de homologia rápido e bem-sucedido.”
Embora essa pesquisa tenha sido conduzida em bactérias, o fato de RecA ser tão semelhante em toda a biosfera o torna relevante para nossos próprios corpos.
Agora que sabemos como o processo funciona, podemos começar a procurar por sinais de situações em que o reparo do nosso próprio DNA dá errado, abrindo caminho para a compreensão das origens de doenças como o câncer.
Publicado em 07/09/2021 17h57
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