As diferenças entre o DNA humano e o DNA do mosquito não se limitam ao arranjo das letras no código genético. Se você fosse abrir uma célula humana e uma célula de mosquito e examinar o núcleo de cada uma, veria que seus cromossomos estão dobrados com um tipo dramaticamente diferente de origami genético. Agora, os pesquisadores descobriram como dobrar um tipo de DNA para tomar a forma do outro – essencialmente fazendo o DNA humano se enrolar como o de um mosquito.
“No núcleo humano, os cromossomos são agrupados em pacotes organizados”, disse Claire Hoencamp, doutoranda em biologia do câncer na Universidade de Amsterdã, ao Live Science em uma vídeo chamada enquanto amassava uma folha de papel. “Mas no núcleo do mosquito, os cromossomos são dobrados no meio.” Enquanto falava, ela dobrou várias folhas de papel ao meio e as arrumou como livros em uma estante, com as páginas voltadas para fora.
Hoencamp estava estudando a condensina II, uma proteína envolvida na divisão celular. Em um experimento, ela destruiu essa proteína em uma célula humana para observar seu efeito no ciclo celular. Como se por uma coreografia elaborada, os cromossomos da célula resultante se dobrariam novamente. Mas não se redobrou como o DNA em um núcleo humano; em vez disso, ele se transformou em sua melhor impressão das entranhas de um núcleo de mosquito.
Enquanto isso, Olga Dudchenko, pesquisadora de pós-doutorado do Center for Genome Architecture da Baylor University, no Texas, estava classificando genomas com base nas estruturas 3D que seus cromossomos formam. Como co-diretora de um projeto multi-institucional chamado DNA Zoo, ela estava vendo alguns padrões distintos.
“Essencialmente, podemos classificar as coisas em duas arquiteturas básicas”, disse ela, referindo-se à natureza fortemente enrolada e compartimentada do genoma humano versus o arranjo mais flexível do genoma do mosquito. Não importa quantas espécies ela examinasse, os cromossomos assumiam variações de duas formas básicas.
Surpreendentemente, sua pesquisa sugeriu que algumas linhagens usariam uma forma e evoluiriam para a segunda e, em muitos casos, voltariam a evoluir. No entanto, ela não sabia que força, se alguma, estava impulsionando essas mudanças.
Ao apresentar sua pesquisa em uma conferência na Áustria, as duas equipes perceberam que estavam abordando o mesmo problema de ângulos diferentes. Essencialmente, Hoencamp havia encontrado uma proteína que dobra os cromossomos, e Dudchenko notou o experimento de Hoencamp acontecendo naturalmente em escalas de tempo evolucionárias.
Depois que eles decidiram colaborar, o COVID-19 atacou. Com o acesso ao laboratório cortado, os colaboradores recorreram a simulações de computador para entender melhor o papel da condensina II na organização nuclear. Com a ajuda de um laboratório da Rice University em Houston, eles simularam os efeitos da condensina II em milhões a bilhões de letras em um genoma, confirmando o que Hoencamp havia descoberto em experimentos anteriores.
Em uma análise genética descrita em 28 de maio na revista Science, os pesquisadores analisaram 24 espécies e descobriram que as espécies com o arranjo cromossômico mais frouxo tinham uma coisa em comum: um gene da condensina II quebrado.
Pesquisas futuras terão como objetivo determinar que vantagem evolutiva, se houver, uma estrutura de núcleo pode ter sobre a outra. Quando os pesquisadores examinaram a expressão do gene, eles descobriram que a estrutura de dobramento dos cromossomos afetava apenas levemente a expressão do gene, ou a quantidade de cada proteína produzida por genes diferentes. Essa descoberta surpreendeu Hoencamp.
Dado o quão pouco o dobramento afetou a expressão do gene, não está claro por que uma espécie dobraria seu DNA de uma forma ou de outra.
No entanto, como os dois métodos de dobramento são encontrados na árvore evolutiva, os efeitos sutis de cada um podem ter grandes implicações. “Variações na estrutura 3D parecem ser sobre o ajuste fino”, algumas funções dentro dos organismos, disse Dudchenko. No entanto, exatamente o que está sendo ajustado permanece um mistério.
Publicado em 05/06/2021 01h25
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