Cientistas captam o primeiro olhar pormenorizado para o interior de estruturas semelhantes a gotículas de ADN compactado
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No interior das células humanas, a biologia conseguiu realizar o derradeiro trabalho de empacotamento, descobrindo como encaixar seis pés de ADN num núcleo com cerca de um décimo da largura de um cabelo humano, assegurando ao mesmo tempo que as moléculas importantíssimas podem continuar a funcionar.
Para se comprimir, o ADN envolve-se em proteínas para formar nucleossomas que estão ligados entre si como contas num fio. Estes cordões enrolam-se em fibras de cromatina compactas, que são posteriormente condensadas no interior do núcleo.
Não estava claro como esse processo de compactação adicional acontecia. Então, em 2019, o investigador do HHMI Michael Rosen e sua equipe no UT Southwestern Medical Center relataram que os nucleossomos sintéticos criados no laboratório se reúnem em bolhas sem membrana chamadas condensados. Isso acontece por meio de um processo chamado separação de fases - semelhante à formação de gotículas de óleo na água - que os pesquisadores acham que imita a forma como a cromatina se compacta dentro das células.
Imagem simbólica
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Olhar para o interior dos condensados de cromatina
Estes condensados de cromatina, constituídos por centenas de milhares de moléculas que se movem rapidamente, têm propriedades emergentes - comportamentos que não estão presentes nas moléculas individuais, mas que só aparecem quando estas trabalham em conjunto. Estas propriedades determinam a forma como as gotículas se formam e mantêm as suas caraterísticas físicas.
Para compreender melhor estas qualidades, que podem ajudar os investigadores a perceber como é que a cromatina se compacta no interior das células, os cientistas precisam de penetrar profundamente nas gotículas para examinar as fibras individuais da cromatina e os nucleossomas.
Agora, Rosen e a sua equipa, juntamente com investigadores liderados pela investigadora do HHMI Elizabeth Villa da Universidade da Califórnia, em San Diego; Rosana Collepardo-Guevara da Universidade de Cambridge; e Zhiheng Yu do Janelia Research Campus do HHMI; descobriram como fazer isso mesmo.
Utilizando imagens avançadas realizadas em Janelia , captaram as imagens mais detalhadas até agora das moléculas no interior dos condensados de cromatina sintética, vendo em primeira mão como as fibras de cromatina e os nucleossomas são embalados no interior das estruturas semelhantes a gotículas. Utilizando as mesmas técnicas, a equipa também obteve imagens e analisou a cromatina nativa nas células.
Compreender a formação de condensados
Estas visualizações, combinadas com simulações de computador e microscopia de luz, permitiram à equipa examinar as estruturas e interações das moléculas individuais no interior dos condensados de cromatina sintética, permitindo-lhes começar a perceber como as gotículas se formam e funcionam.
A equipa descobriu que o comprimento do ADN ligante que liga os nucleossomas afecta a forma como as estruturas estão dispostas, o que, por sua vez, dita as interações entre as fibras de cromatina e a estrutura em rede dos condensados.
Estas caraterísticas físicas ajudaram a explicar porque é que algumas fibras de cromatina sofrem melhor a separação de fases do que outras e porque é que os condensados formados por diferentes tipos de cromatina têm diferentes propriedades materiais emergentes. Descobriram também que os condensados sintéticos produzidos em laboratório imitam estruturalmente o ADN compactado no interior das células.
"O trabalho permitiu-nos ligar as estruturas das moléculas individuais às propriedades macroscópicas dos seus condensados, realmente pela primeira vez", diz Rosen. "Tenho a certeza de que estamos apenas na ponta do icebergue - que nós e outros encontraremos formas ainda melhores de desenvolver essas relações estrutura-função à escala meso (intermédia)."
Um projeto para o estudo dos condensados
Para além da cromatina, o novo trabalho fornece um modelo para estudar e compreender a organização e a função de muitos tipos de condensados biomoleculares. Estas bolhas sem membrana desempenham muitas funções importantes em toda a célula - desde a regulação da expressão genética até à resposta ao stress.
Compreender como se formam e funcionam estas estruturas semelhantes a gotículas pode ajudar os investigadores a perceber o que acontece quando a condensação não funciona, um potencial fator contribuinte para diferentes doenças - desde doenças neurodegenerativas ao cancro.
"Ao fazer esta investigação, compreenderemos melhor como a condensação anormal pode levar a diferentes doenças e, potencialmente, isso pode ajudar-nos a desenvolver uma nova geração de terapêuticas", diz Huabin Zhou, um cientista de pós-doutoramento no Laboratório Rosen e o principal autor da nova investigação.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Huabin Zhou, Jan Huertas, M. Julia Maristany, Kieran Russell, June Ho Hwang, Run-Wen Yao, Nirnay Samanta, Joshua Hutchings, Ramya Billur, Momoko Shiozaki, Xiaowei Zhao, Lynda K. Doolittle, Bryan A. Gibson, Andrea Soranno, Margot Riggi, Jorge R. Espinosa, Zhiheng Yu, Elizabeth Villa, Rosana Collepardo-Guevara, Michael K. Rosen; "Multiscale structure of chromatin condensates explains phase separation and material properties"; Science, Volume 390
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