Estudo revela diferenças no dobramento do DNA entre neurônios e outras células cerebrais, ligando-os às funções celulares

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Da esquerda para a direita:um neurônio, seu núcleo e contatos repressivos de DNA. Crédito:Ilya Pletenev

Pesquisadores da Skoltech e seus colegas investigaram a regulação das células nervosas. O conhecimento crescente dos mecanismos de regulação poderia permitir uma melhor compreensão de como funciona o cérebro saudável e o que corre mal nas doenças oncológicas e de desenvolvimento associadas a erros de regulação. O estudo foi publicado na revista Nucleic Acids Research .

Com algumas exceções, todas as células de um organismo contêm o mesmo DNA. Apesar disso, mesmo dentro de um órgão, existem células de tipos distintos que variam amplamente na aparência e no comportamento. O tecido nervoso do cérebro, por exemplo, é composto por neurônios, que transmitem os sinais, e pelas células gliais de suporte.

Essa especialização é resultado da regulação gênica, ou seja, da ativação e desativação seletiva dos genes codificados no DNA. Pode ocorrer tanto durante o desenvolvimento inicial de uma célula quanto em uma célula madura.

Um dos principais mecanismos de regulação genética depende da estrutura tridimensional. A forma como os vários metros de DNA por núcleo celular são dobrados no espaço 3D torna possível ligar ou desligar certos genes em um determinado estágio da vida da célula ou para tipos específicos de células.

Mesmo entre os neurônios, existem aqueles da variedade excitatória e da variedade inibitória, um tanto mais rara, e essas duas raças de células nervosas devem executar programas genéticos distintos:elas exigem genes diferentes para serem ativas. O dobramento apropriado do DNA é um mecanismo chave que permite isso.

A dobra precisa do DNA em formas 3D envolve a construção de loops em todos os lugares certos. Isso é feito por proteínas dedicadas que interagem com certos genes essenciais para o surgimento da estrutura correta. Se houver um problema com esses genes, a célula dobra mal o seu DNA, levando à interrupção da regulação genética, o que pode causar doenças.

Por exemplo, uma célula glial mal regulada que se divide com mais frequência do que deveria é uma célula cancerosa. Certos distúrbios do desenvolvimento também estão ligados à estrutura espacial incorreta do DNA. Um exemplo é a síndrome de Cornelia de Lange, uma doença grave caracterizada por inúmeras anormalidades fisiológicas e cognitivas.

"Nossa pesquisa amplia nossa compreensão de tais doenças e de como funciona a regulação genética em células saudáveis", diz Ilya Pletenev, autor principal do estudo e Ph.D. da Skoltech. estudante de ciências da vida.

“Neste estudo específico, demonstramos que os genes que um neurônio precisa para estar desligado tendem a estar próximos uns dos outros no espaço, mesmo que pudessem estar distantes se você endireitasse o DNA em uma longa cadeia unidimensional. Achamos que isso provavelmente torna mais fácil para as proteínas repressoras desligarem esses genes em massa.

“Além disso, mostramos que o DNA dos neurônios e das células gliais forma alças em locais diferentes. Além disso, são os genes importantes para o tipo de célula em questão que tendem a se agrupar na base de uma alça, possivelmente facilitando o trabalho do ativador. proteínas para ativá-las simultaneamente."

Mais informações: Ilya A Pletenev et al, Extensas interações policomb de longo alcance e fraca compartimentalização são marcas registradas do genoma 3D neuronal humano, Nucleic Acids Research (2024). DOI:10.1093/nar/gkae271
Informações do diário: Pesquisa sobre ácidos nucleicos

Fornecido pelo Instituto Skolkovo de Ciência e Tecnologia

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