Durante anos, os investigadores acreditaram que o ADN dentro de um óvulo recentemente fertilizado começava como uma “lousa em branco” estrutural – um feixe solto e desordenado que só se organizava quando o embrião começava a utilizar os seus próprios genes. Nesta visão convencional, o genoma permanece em grande parte desestruturado até “acordar” e iniciar o seu programa genético.
Nova pesquisa publicada em Genética da Natureza Desafie suposições de longa data. O professor Juanma Vaquerizas e colegas relatam que o genoma já apresenta níveis inesperados de organização nesta fase inicial. A equipe desenvolveu uma nova tecnologia chamada Pico-C que permite aos cientistas examinar detalhadamente a estrutura 3D do genoma. Usando este método, eles descobriram que uma complexa estrutura de DNA 3D foi formada muito antes de o genoma ser totalmente ativado, um marco conhecido como ativação do genoma zigótico.
Este padrão inicial de dobramento é mais do que 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 fundamental para o funcionamento normal 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 era na verdade um local de construção altamente disciplinado. Muito antes de o botão ‘ligar’ ser totalmente ligado, a estrutura do genoma foi erguida de uma forma precisa e modular.”
Tecnologia Pico-C mapeia dobramento de DNA de Drosophila
A descoberta foi feita usando Drosophila melanogaster (Drosophila melanogaster), um organismo modelo amplamente utilizado em pesquisas genéticas. Nas primeiras horas após a fertilização, o embrião de uma mosca da fruta divide rapidamente o seu núcleo, produzindo milhares de células num curto período de tempo. Esta rápida taxa de desenvolvimento torna-o um sistema ideal para estudar como os genomas são organizados e regulados.
Os pesquisadores usaram o método Pico-C altamente sensível para mapear o arranjo 3D do genoma da Drosophila em estágio inicial. Eles descobriram que o DNA circula e se dobra em padrões modulares, permitindo que diferentes sinais regulatórios afetem regiões específicas do genoma. Esta arquitetura complexa garante que as mensagens genéticas sejam preparadas e posicionadas com precisão para ativação quando necessário.
Além de fornecer uma visão detalhada 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 permite estudar com maior precisão como o dobramento do DNA molda a regulação dos genes e como a ruptura desta estrutura pode levar à doença.
Quando a estrutura do genoma entra em colapso nas células humanas
Embora o “modelo” estrutural tenha sido descoberto pela primeira vez em moscas-das-frutas, a sua relevância estende-se à biologia humana. Em um estudo de pares publicado em biologia celular da natureza Liderados pela professora Ulrike Kutay da ETH Zurique, Suíça, e colaboradores, os pesquisadores aplicaram a mesma estratégia de mapeamento de alta resolução às células humanas.
Eles estudaram o que acontece quando as “âncoras” moleculares que estabilizam a estrutura 3D do genoma são removidas. As descobertas são impressionantes. Quando esta estrutura estrutural entra em colapso, as células humanas interpretam o colapso como se tivessem sido atacadas por um vírus. Esse mal-entendido ativa o sistema imunológico inato da célula, produzindo alarmes falsos que podem levar à inflamação e à doença.
“Esses dois estudos contam uma história completa”, disse Juanma. “A primeira mostra-nos como a estrutura 3D do genoma é cuidadosamente construída no início da vida. A segunda mostra-nos que se esta estrutura entrar em colapso, terá consequências catastróficas para a saúde humana”.
Esta pesquisa foi financiada pelo Conselho de Pesquisa Médica e pela Academia de Ciências Médicas (AMS) através de um Prêmio Professorial da AMS.
