A compreensão emerge: cientistas do MBL visualizam a criação de condensados
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Um dos enigmas da vida é a emergência, quando o todo se torna mais do que as suas partes. Os bandos de pássaros podem mudar instantaneamente de direção quando aparece um predador, guiados não por um pássaro líder mas por uma inteligência colectiva que nenhum pássaro pode possuir por si só.
Multidões de moléculas deslizam caoticamente numa célula, mas certas moléculas encontram-se umas às outras, interagem e dão origem a estruturas e funções celulares sofisticadas que não poderiam ter sido previstas apenas pelo estudo das moléculas.
Compreender como surgem as propriedades emergentes nas células - neste caso, como se formam espontaneamente gotículas de líquido chamadas condensados a partir de moléculas que se movem rapidamente - "é um problema muito difícil, especialmente se quisermos ligar as propriedades moleculares às propriedades dos condensados", diz Michael Rosen, um cientista Whitman do Marine Biological Laboratory (MBL) do University of Texas Southwestern Medical Center.
Mas esta semana, na revista Science, Rosen e 10 outros membros de uma grande colaboração do MBL, o Consórcio da Cromatina, propõem um modelo há muito esperado para a forma como as propriedades de um condensado podem emergir das propriedades das moléculas individuais que o compõem.
As suas descobertas centram-se na cromatina, o material densamente compactado nos cromossomas que consiste na nossa informação genética - longas cadeias de ADN - enroladas firmemente em torno de proteínas.
No estudo, os cientistas combinaram duas tecnologias poderosas - imagiologia (crioET) para visualizar as unidades básicas da cromatina (os nucleossomas) e simulações computacionais avançadas para explorar a forma como essas unidades se ligam para formar condensados - "para nos dar uma visão de um condensado que nunca tivemos antes, em termos de pormenor e do nível de compreensão que nos foi proporcionado", diz Rosen.
Na cromatina, os nucleossomas estão ligados entre si como contas num fio, ligadas por trechos de ADN ligante. O comprimento do ADN ligante é, afinal, muito importante para determinar a estrutura dos nucleossomas sucessivos no fio, e essas estruturas dos nucleossomas definem, em última análise, a forma como as moléculas se ligam para formar o condensado.
Para além da cromatina, o novo trabalho fornece um modelo para estudar e compreender a organização e a função de muitos tipos de condensados. 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 compreender 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.
Imagem reconstruída da unidade básica da cromatina, o nucleossoma. Os nucleossomas ligam-se uns aos outros como contas num fio, ligados por trechos de ADN ligante. Para formar um condensado, estes cordões ligam-se uns aos outros para criar uma grande rede.
Zhou et al., Science, 2025
O papel essencial do MBL
Desde que se observou a formação de condensados em células vivas durante o curso de Fisiologia do MBL de 2008, "um dos objectivos de longa data da comunidade tem sido ligar a forma como as moléculas se comportam à forma como os condensados se comportam", diz Rosen.
Em 2012, num importante artigo publicado na Nature, o laboratório de Rosen propôs um mecanismo bioquímico para a formação de condensados in vitro. E sete anos mais tarde, o seu laboratório foi o primeiro a reconhecer formalmente a capacidade da cromatina para formar condensados.
No entanto, a visualização da transição real de uma coleção de moléculas para uma gotícula líquida permaneceu difícil de compreender.
"É uma transição de escalas", diz Rosen. "As moléculas estão em escalas nanométricas e os condensados em escalas micrométricas, e os condensados têm propriedades que são exclusivas da sua escala, como a viscosidade. Não se pode falar da viscosidade de uma molécula. A viscosidade é algo que surge quando se juntam milhares ou milhões de moléculas para formar um líquido".
O Consórcio da Cromatina tem-se reunido no MBL nos últimos três Verões. Os dados de crio-ET (imagem), que obtiveram no HHMI Janelia e trouxeram para Woods Hole, mostraram-lhes onde se localizavam as unidades da cromatina (os nucleossomas). No MBL, esforçaram-se por aumentar a resolução desses dados, utilizando simulações em computador dirigidas por Rosana Collepardo-Guevara, da Universidade de Cambridge, para compreender exatamente como os nucleossomas se unem para produzir o condensado.
"Para desvendar os pormenores moleculares escondidos nas imagens crio-ET, tivemos de conceber um novo modelo informático (um modelo de granulação grossa) que pudesse ser ampliado para condensados e captar fielmente a química subjacente nos nucleossomas", afirma Collepardo-Guevara.
"Os modelos de grão grosso simplificam sempre a realidade; como diz o ditado, todos os modelos estão errados, mas alguns são úteis. O que tornou o nosso útil foi o MBL", diz Collepardo-Guevara. "Estar juntos durante semanas ao longo de três Verões, debruçados sobre mapas crio-ET e outros dados experimentais, testando simulações e debatendo o que os dados realmente nos diziam, criou a perceção de que este problema precisava. No MBL, a nossa estratégia de simulação passou de uma ideia para um método poderoso que o meu grupo não teria conseguido construir sozinho. O MBL traz um nível de foco e pensamento interdisciplinar coletivo que permite avanços."
"Não era apenas tecnicamente difícil, era concetualmente difícil", diz Rosen. "Acredito sinceramente que a única forma de o conseguirmos fazer foi através do nosso programa conjunto no MBL. Só tivemos de falar e falar e falar e falar sobre como implementar isto... Durante quatro a seis semanas no MBL em cada verão, vivemos e respirámos isto juntos."
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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