A separação espacial das frações ativas das inativas do genoma no núcleo da célula é crucial para o controle da expressão gênica. Um novo estudo revela os principais mecanismos de tal separação e inverte nossa imagem do núcleo.
Cromossomos eucarióticos são construídos de cromatina, um complexo de DNA e proteínas associadas. Dependendo da atividade transcricional e do grau de compactação, dois tipos de cromatina podem ser distinguidos e esses dois tipos estão espacialmente separados dentro do núcleo. A fração altamente condensada é composta de regiões de cromatina que contêm poucos genes e é transcricionalmente inativa. É chamada heterocromatina e está localizada na periferia do núcleo, perto da membrana nuclear. A eucromatina, por outro lado, é enriquecida em genes e corresponde à fração ativa do genoma. Ocupa as regiões internas do núcleo, é menos densamente compactado e, portanto, mais acessível aos mecanismos de proteína necessários para a expressão gênica. Esse padrão geral de organização do genoma é encontrado em praticamente todos os tipos de células eucarióticas, mas os mecanismos que estabelecem a distribuição característica permanecem pouco compreendidos. Pesquisa realizada por uma equipe liderada por Irina Solovei no LMU’s Biocenter, em cooperação com Job Dekker (Universidade de Massachusetts Medical School) e físicos do grupo de Leonid Mirny no MIT (Instituto de Engenharia Médica e Ciências) agora sugere que a força motriz na cromatina, a segregação é a heterocromatina inativa e, na distribuição de cromatina “padrão”, a eucromatina e a heterocromatina são revertidas. As novas descobertas aparecem na revista Nature.
Muitos mecanismos têm sido propostos para explicar como a cromatina é segregada dentro do núcleo, porém nenhum deles foi conclusivo, em grande parte, porque é difícil analisar as interações dos dois tipos de cromatina no contexto de núcleos convencionais com heterocromatina ligada à membrana nuclear . “Para o nosso estudo, escolhemos os chamados núcleos de células invertidas”, diz Solovei. Ela e seus colegas de Munique descobriram esses núcleos há cerca de 10 anos na retina de mamíferos noturnos ativos, onde estão restritos ao tipo de células fotorreceptoras conhecidas como bastonetes. Nos bastonetes, a heterocromatina fortemente condensada é empacotada no interior dos núcleos, enquanto a eucromatina ativa é localizada diretamente sob a membrana nuclear – uma exceção única à regra geral. Descobriu-se que o núcleo da heterocromatina dos núcleos das hastes serve como uma luz condensadora de microlentes e, assim, melhorando as propriedades ópticas nas retinas noturnas. Um estudo subseqüente do mesmo grupo revelou o mecanismo de inversão, revelando que esses núcleos atípicos carecem de dois complexos de proteínas que normalmente ligam a heterocromatina à superfície interna da membrana nuclear, a lâmina nuclear.
Usando dados obtidos por uma combinação de técnicas modernas de microscopia e biologia molecular, os pesquisadores agora geraram modelos de polímeros dos cromossomos individuais e de núcleos inteiros. Simulando o comportamento desses polímeros sob diferentes condições, eles foram capazes de investigar o papel das interações dentro e entre as duas frações de cromatina e a lâmina nuclear. Estes estudos mostraram que as interações entre regiões heterocromáticas são suficientes para a segregação da cromatina, enquanto interações com a eucromatina são dispensáveis ??para este processo. “Nossos resultados indicam que o núcleo invertido representa conceitualmente a arquitetura nuclear padrão”, diz Mirny; “enquanto interações da heterocromatina com a lâmina nuclear são essenciais para a construção da arquitetura convencional”. “A esse respeito”, diz Solovei, “é intrigante perguntar por que a maioria dos eucariotos tem núcleos convencionais e qual seria a relevância funcional do posicionamento da heterocromatina na periferia nuclear”.
Usando dados obtidos por uma combinação de técnicas modernas de microscopia e biologia molecular, os pesquisadores agora geraram modelos de polímeros dos cromossomos individuais e de núcleos inteiros. Simulando o comportamento desses polímeros sob diferentes condições, eles foram capazes de investigar o papel das interações dentro e entre as duas frações de cromatina e a lâmina nuclear. Estes estudos mostraram que as interações entre regiões heterocromáticas são suficientes para a segregação da cromatina, enquanto interações com a eucromatina são dispensáveis ??para este processo. “Nossos resultados indicam que o núcleo invertido representa conceitualmente a arquitetura nuclear padrão”, diz Mirny; “enquanto interações da heterocromatina com a lâmina nuclear são essenciais para a construção da arquitetura convencional”. “A esse respeito”, diz Solovei, “é intrigante perguntar por que a maioria dos eucariotos tem núcleos convencionais e qual seria a relevância funcional do posicionamento da heterocromatina na periferia nuclear”.
Publicado em 08/06/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-06-genome-nucleus.html