Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) usaram simulações de computador para visualizar como uma proteína essencial de células-tronco, conhecida como Oct4, desembrulha o DNA, permitindo que os genes sejam expressos. As simulações fornecem uma compreensão detalhada de como o Oct4 inicia a expressão genética e podem facilitar o desenvolvimento de medicamentos direcionados a esse processo para a medicina regenerativa.

As células-tronco têm a notável capacidade de se diferenciar em uma ampla gama de tipos de células especializadas. Este potencial é determinado principalmente pelos genes que são expressos nestas células. No entanto, os mecanismos que controlam a expressão genética nas células estaminais ainda não são totalmente compreendidos.

Um factor-chave na regulação genética é Oct4, uma proteína factor de transcrição que se liga a sequências específicas de ADN e inicia o desenrolamento do ADN, um processo denominado desembrulhamento do ADN. Este desenrolamento permite que outras proteínas acessem o DNA e ativem a expressão genética.

“Para obter insights sobre os mecanismos moleculares subjacentes à capacidade do Oct4 de desembrulhar o DNA, realizamos extensas simulações moleculares”, explica o professor Mitsunori Takagi, autor sênior do estudo publicado na revista Nucleic Acids Research.

A equipe de pesquisa usou uma combinação de simulações atomísticas e de granulação grossa para capturar a dinâmica do Oct4 conforme ele interagia com o DNA. Simulações atomísticas fornecem uma imagem altamente detalhada do sistema no nível atômico, enquanto simulações de granulação grossa permitem a simulação de escalas de tempo mais longas.

As simulações revelaram que Oct4 primeiro se liga ao duplex de DNA usando seu domínio POU, um motivo de ligação ao DNA, e depois insere uma estrutura semelhante a uma cunha no DNA, fazendo com que ele se desembrulhe. Este processo de desenrolamento é ainda mais estabilizado por interações adicionais entre Oct4 e a espinha dorsal do DNA.

“Nossas simulações fornecem uma visão abrangente do processo gradual de desembrulhamento do DNA iniciado em 4 de outubro”, diz o professor associado Masaki Sasai, outro autor do estudo. “Este conhecimento pode ser crucial para o desenvolvimento de estratégias para manipular a expressão genética em células estaminais para fins terapêuticos”.

Compreender os mecanismos de desembrulhamento do DNA até Oct4 pode abrir caminho para o desenvolvimento de medicamentos que possam modular esse processo e controlar a expressão gênica em células-tronco. Isto poderia ter implicações significativas para a medicina regenerativa, permitindo a diferenciação precisa de células estaminais em tipos de células desejados para transplante e reparação de tecidos.

No futuro, os pesquisadores planejam refinar ainda mais suas simulações para investigar os efeitos de proteínas adicionais e fatores celulares no desenrolamento do DNA até 4 de outubro. Eles também pretendem explorar o potencial do uso de pequenas moléculas para modular esse processo e controlar a expressão gênica em células-tronco.