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Em todas as células eucarióticas, o ADN não é uma molécula flutuante, mas uma entidade altamente organizada que deve caber num espaço microscópico, garantindo ao mesmo tempo uma herança precisa e uma atividade genética adequada. O empacotamento compacto do DNA em nucleossomos e cromossomos é essencial para essas tarefas.

Estrutura do DNA e cromatina

O DNA é um polímero de nucleotídeos que forma fitas de dupla hélice. Essas fitas envolvem proteínas histonas para formar nucleossomos, as unidades repetitivas fundamentais da cromatina. A partícula central do nucleossomo, que consiste em um octâmero de histonas (H2A, H2B, H3 e H4), é envolvida por aproximadamente 147 pares de bases de DNA, criando uma aparência de “contas em um fio”. A compactação adicional envolve dobramento de ordem superior de arranjos de nucleossomos em fibras de 30 nm e além, culminando nos cromossomos altamente condensados ​​observados durante a mitose.

Referências:Natureza 2021 , Estante NCBI

Condensação Cromossômica e Divisão Celular

Durante a maior parte do ciclo celular, a cromatina permanece em um estado frouxamente dobrado, permitindo o acesso da maquinaria transcricional aos genes. A condensação ocorre durante a prófase e a metáfase da mitose, quando a cromatina condensada se agrupa em cromossomos distintos. Esta compactação garante que cada célula filha receba uma cópia exata do genoma.

Antes da mitose, o genoma é duplicado durante a fase S, produzindo cromátides irmãs que se alinham ao longo da placa metafásica. O alinhamento e a tensão adequados dos microtúbulos do fuso garantem uma segregação precisa. A falha na condensação ou desalinhamento dos cromossomos pode levar à aneuploidia – muitas vezes a marca registrada das células cancerígenas – ou à morte celular.

Referências:Célula 2016 , Ciência 2017

Expressão Gênica e Acessibilidade da Cromatina

Fatores de transcrição (TFs) ligam-se a motivos específicos de DNA em regiões promotoras ou intensificadoras para ativar ou reprimir a transcrição genética. Quando a cromatina está aberta, os TFs e a RNA polimerase II podem acessar facilmente o DNA. Em contraste, a cromatina firmemente envolvida oclui fisicamente os locais de ligação, suprimindo a transcrição.

As caudas das histonas podem sofrer modificações pós-tradução - acetilação, metilação, fosforilação - que modulam a afinidade DNA-histona. Por exemplo, a acetilação de histonas neutraliza cargas positivas, reduzindo a estabilidade do nucleossomo e promovendo um estado de cromatina aberta. Por outro lado, a metilação em certos resíduos pode ativar ou reprimir a transcrição dependendo do contexto.

Estas mudanças dinâmicas constituem a paisagem epigenética que determina padrões de expressão genética específicos do tipo de célula sem alterar a sequência de ADN subjacente.

Referências:Nature Reviews Molecular Cell Biology 2013 , Sistemas Celulares 2020