Cientistas capturam a visão mais detalhada do interior das gotículas de DNA

Para tornar isso possível, o DNA se enrola em proteínas para formar nucleossomos. Esses nucleossomos se conectam como contas em um cordão e se dobram em fibras de cromatina. As fibras são então compactadas ainda mais firmemente para caber dentro do núcleo.

Descobrindo como o DNA atinge sua forma mais compacta

Durante muitos anos, os pesquisadores não sabiam como ocorria esse nível extra de compactação da cromatina. Em 2019, o investigador do HHMI, Michael Rosen, e sua equipe do UT Southwestern Medical Center relataram que os nucleossomos produzidos em laboratório se agrupam naturalmente em gotículas sem membrana chamadas condensadas. Eles descobriram que esse processo ocorre por meio da separação de fases, um fenômeno semelhante à formação de gotículas de óleo na água, e acreditam que isso reflete como a cromatina se condensa dentro das células vivas.

Os condensados ​​de cromatina são feitos de centenas de milhares de moléculas que se movem rapidamente. Quando se juntam, apresentam propriedades emergentes que não existem nas moléculas individualmente. Esses comportamentos de grupo determinam como os condensados ​​se formam e como mantêm suas características físicas.

Para compreender essas propriedades em detalhes, os cientistas precisavam observar as fibras da cromatina e os nucleossomos nas profundezas das gotículas.

O grupo de Rosen, trabalhando com a investigadora do HHMI, Elizabeth Villa, na Universidade da Califórnia, em San Diego; Rosana Collepardo-Guevara, da Universidade de Cambridge; e Zhiheng Yu, do Janelia Research Campus da HHMI, já alcançaram esse objetivo.

Imagens de alta resolução revelam estrutura de gotículas

Usando ferramentas avançadas de imagem em Janelia, os pesquisadores capturaram as visões mais detalhadas até o momento de como as moléculas estão organizadas dentro dos condensados ​​de cromatina sintética. Essas imagens fornecem uma visão direta de como as fibras da cromatina e os nucleossomos são empacotados dentro das estruturas semelhantes a gotículas. Os mesmos métodos de imagem também foram aplicados para examinar a cromatina dentro das células reais.

Ao combinar essas imagens com simulações de computador e microscopia óptica, a equipe analisou as estruturas moleculares e as interações dentro dos condensados ​​sintéticos. Isso permitiu que eles começassem a descobrir como as gotículas se formam e como se comportam.

Uma descoberta importante foi que o comprimento do DNA ligante entre os nucleossomos influencia o arranjo geral das estruturas. Esse arranjo determina como as fibras da cromatina interagem e moldam a rede dentro dos condensados.

Essas características esclareceram por que algumas fibras de cromatina sofrem separação de fases mais facilmente do que outras e por que os condensados ​​construídos a partir de diferentes tipos de cromatina têm propriedades materiais distintas. Os pesquisadores também descobriram que os condensados ​​sintéticos se assemelham muito à cromatina compactada encontrada nas células.

“O trabalho permitiu-nos ligar as estruturas das moléculas individuais às propriedades macroscópicas dos seus condensados, realmente pela primeira vez”, diz Rosen. “Tenho certeza de que estamos apenas na ponta do iceberg – que nós e outros encontraremos maneiras ainda melhores de desenvolver essas relações estrutura-função na escala meso (intermediária).”

Uma estrutura mais ampla para compreender a condensação

As descobertas vão muito além da cromatina. A abordagem oferece um modelo para estudar muitos tipos de condensados ​​biomoleculares, que são gotículas sem membrana envolvidas em tarefas celulares essenciais, desde a regulação genética até respostas ao estresse.

Compreender como estas estruturas se montam e funcionam também pode lançar luz sobre o que acontece quando a condensação é interrompida, um problema que se pensa contribuir para várias doenças, desde distúrbios neurodegenerativos até ao cancro.

“Ao fazer esta investigação, compreenderemos melhor como a condensação anormal pode levar a diferentes doenças e, potencialmente, isso poderia ajudar-nos a desenvolver uma nova geração de terapêutica”, diz Huabin Zhou, cientista de pós-doutoramento no Laboratório Rosen e principal autor da nova investigação.