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    A enzima DNA embaralha as membranas celulares mil vezes mais rápido do que sua contraparte natural

    Uma enzima de DNA sintético se insere em uma membrana celular, fazendo com que os lipídios se misturem entre as camadas interna e externa da membrana. Crédito:Christopher Maffeo

    Uma nova enzima sintética, criado a partir de DNA em vez de proteína, vira moléculas de lipídios dentro da membrana celular, desencadeando uma via de sinal que poderia ser aproveitada para induzir a morte celular em células cancerosas.

    Pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e da Universidade de Cambridge afirmam que sua enzima de DNA embaralhadora de lipídios é a primeira de sua classe a superar as enzimas que ocorrem naturalmente - e o faz em três ordens de magnitude. Eles publicaram suas descobertas no jornal Nature Communications .

    "As membranas celulares são revestidas com um conjunto diferente de moléculas no interior e no exterior, e as células dedicam muitos recursos para manter isso, "disse o líder do estudo Aleksei Aksimentiev, professor de física em Illinois. "Mas em alguns pontos da vida de uma célula, a assimetria deve ser desmontada. Em seguida, os marcadores que estavam dentro tornam-se do lado de fora, que envia sinais para certos processos, como a morte celular. Existem enzimas na natureza que fazem isso, chamadas de scramblases. Contudo, em algumas doenças onde scramblases são deficientes, isso não acontece corretamente. Nosso scramblase sintético pode ser um caminho para a terapêutica. "

    O grupo de Aksimentiev descobriu a atividade da scramblase do DNA ao observar as estruturas do DNA que formam poros e canais nas membranas celulares. Eles usaram o supercomputador Blue Waters no National Center for Supercomputing Applications em Illinois para modelar os sistemas em nível atômico. Eles viram que quando certas estruturas de DNA se inserem na membrana - neste caso, um feixe de oito fitas de DNA com colesterol nas extremidades de duas das fitas - lipídios na membrana ao redor do DNA começam a se misturar entre as camadas interna e externa da membrana.

    Crédito:Universidade de Illinois em Urbana-Champaign

    Para verificar a atividade de scramblase prevista pelos modelos de computador, O grupo de Aksimentiev em Illinois fez parceria com o grupo do professor Ulrich Keyser em Cambridge. O grupo de Cambridge sintetizou a enzima DNA e testou-a em modelos de bolhas de membrana, chamadas vesículas, e então em células de câncer de mama humano.

    "Os resultados mostram de forma muito conclusiva que nossa nanoestrutura de DNA realmente facilita o embaralhamento rápido de lipídios, "disse Alexander Ohmann, um estudante de graduação em Cambridge e um co-autor do artigo junto com o estudante de graduação de Illinois, Chen-Yu Li. "O mais interessante, a alta taxa de inversão indicada pelas simulações de dinâmica molecular parece ser da mesma ordem de magnitude em experimentos:até mil vezes mais rápido do que o que foi mostrado anteriormente para scramblases naturais. "

    Sozinho, o DNA scramblase produz a morte celular indiscriminadamente, Aksimentiev disse. A próxima etapa é acoplá-lo a sistemas de direcionamento que buscam especificamente certos tipos de células, alguns dos quais já foram desenvolvidos para outros agentes de DNA.

    "Também estamos trabalhando para fazer com que essas estruturas de scramblase sejam ativadas por luz ou algum outro estímulo, então eles podem ser ativados apenas sob demanda e podem ser desligados, "Disse Aksimentiev.

    "Embora ainda tenhamos um longo caminho a percorrer, este trabalho destaca o enorme potencial das nanoestruturas de DNA sintético com possíveis aplicações para medicamentos personalizados e terapêuticas para uma variedade de condições de saúde no futuro. "Ohmann disse.


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