Impressionantes mapas 3D revelam que o DNA é estruturado antes da vida “ligar”

Nova pesquisa publicada em Genética da Natureza desafia essa suposição há muito mantida. O professor Juanma Vaquerizas e seus colegas relatam que o genoma já mostra um nível inesperado de organização nesta fase inicial. A equipe desenvolveu uma nova tecnologia chamada Pico-C que permite aos cientistas examinar a estrutura 3D do genoma com detalhes notáveis. Com esta abordagem, eles descobriram que muito antes de o genoma ser totalmente ativado – um marco conhecido como Ativação do Genoma Zigótico – uma elaborada estrutura 3D de DNA já está tomando forma.

Este padrão inicial de dobramento não é apenas uma curiosidade estrutural. A forma como o DNA está organizado no espaço determina quais genes podem ser ativados durante o desenvolvimento. Esse controle é essencial para o funcionamento adequado das células e ajuda a prevenir anomalias de desenvolvimento e doenças.

“Costumávamos pensar no período anterior ao despertar do genoma como um período de caos”, explica Noura Maziak, principal autora do estudo. “Mas, ao aproximar-nos mais do que nunca, podemos ver que se trata, na verdade, de um local de construção altamente disciplinado. A estrutura do genoma está a ser erguida de uma forma precisa e modular, muito antes de o botão ‘ligar’ ser totalmente acionado.”

Tecnologia Pico-C mapeia dobramento de DNA em moscas-das-frutas

A descoberta foi feita a partir da mosca da fruta (Drosophila), organismo modelo amplamente utilizado em pesquisas genéticas. Durante as primeiras horas após a fertilização, o embrião de uma mosca da fruta divide rapidamente o seu núcleo, produzindo milhares de células num curto espaço de tempo. Este rápido ritmo de desenvolvimento torna-o um sistema ideal para estudar como os genomas são organizados e regulados.

Usando seu método Pico-C altamente sensível, os pesquisadores mapearam o arranjo 3D do genoma da mosca da fruta durante esses estágios iniciais. Eles descobriram que o DNA se enrola e se dobra de acordo com um padrão modular, permitindo que diferentes sinais regulatórios influenciem regiões específicas do genoma. Esta intrincada arquitetura garante que a informação genética seja preparada e posicionada para ativação exatamente quando necessária.

Além de fornecer visualizações detalhadas da estrutura do DNA, o Pico-C requer apenas amostras muito pequenas – cerca de dez vezes menos material do que as técnicas padrão. Esta eficiência torna possível investigar como o dobramento do DNA molda a regulação genética e como as perturbações nesta arquitetura podem contribuir para doenças com muito maior precisão.

Quando a arquitetura do genoma entra em colapso nas células humanas

Embora o “modelo” estrutural tenha sido identificado pela primeira vez em moscas-das-frutas, a sua relevância estende-se à biologia humana. Em um estudo complementar publicado em Biologia Celular da Natureza liderados pela professora Ulrike Kutay e colaboradores da ETH Zürich, na Suíça, os pesquisadores aplicaram a mesma estratégia de mapeamento de alta resolução às células humanas.

Eles examinaram o que acontece quando as “âncoras” moleculares que estabilizam a estrutura 3D do genoma são removidas. As descobertas foram impressionantes. Quando esta estrutura estrutural se desmorona, as células humanas interpretam a ruptura como se estivessem sob ataque viral. Esta interpretação errada ativa o sistema imunológico inato da célula, criando um alarme falso que pode levar à inflamação e à doença.

“Esses dois estudos contam uma história completa”, diz Juanma. “O primeiro mostra-nos como a estrutura 3D do genoma é cuidadosamente construída no início da vida. O segundo mostra-nos as consequências desastrosas para a saúde humana se essa estrutura entrar em colapso.”

Este estudo foi financiado pelo Conselho de Pesquisa Médica e pela Academia de Ciências Médicas (AMS) por meio de um prêmio de Professor da AMS.