Mesmo as células vivas têm seus próprios problemas emaranhados para resolver. Eles envolvem nós que surgem acidentalmente no DNA e que podem comprometer sua funcionalidade. Os pesquisadores agora sugerem que a propensão do DNA a ser superenrolado, assim como cabos de telefone, evita nós acidentais. Essas bobinas podem manter os nós do DNA travados no lugar por tempo suficiente para serem desamarrados por enzimas especializadas. O estudo computacional, com base em simulações de dinâmica molecular de DNA bacteriano, acaba de ser publicado em Pesquisa de ácidos nucléicos .

Um problema emaranhado

Supercoiled, torcido, e até mesmo com nós - longe das imagens elegantes e polidas dos livros didáticos, Os filamentos de DNA em células vivas estão todos amassados ​​e emaranhados, e para ser funcional, deve ser constantemente desvendado, muito parecido com cabos de telefone que acumulam cachos ou supercoils irritantes com o uso descuidado. Supercoils estão presentes no DNA, também, e acredita-se que sejam fundamentais para manter o DNA compacto e expor ou ocultar informações genéticas para a maquinaria celular que pode processá-lo, de acordo com Lucia Coronel e Antonio Suma, jovens cientistas e primeiros autores deste estudo, que foi coordenado por Cristian Micheletti.

Ao mesmo tempo, há muito se sabe que nós podem se formar acidentalmente no DNA, com consequências negativas para a célula. O que permaneceu indescritível até agora foi a interação dinâmica ou coexistência nos mesmos filamentos de DNA de nós complexos e regiões superenroladas. E é isso que os pesquisadores da SISSA se propuseram a estudar usando simulações de computador, investigando as implicações para a estrutura do DNA e sua mudança no tempo, e se essa interação pode desbloquear novas possibilidades funcionais. Eles também procuraram entender como o comportamento complexo resultante se encaixa com o que já se sabe sobre a manutenção molecular do DNA.

Para este estudo, os cientistas usaram simulações detalhadas e extensas de dinâmica molecular. Eles notaram pela primeira vez que em anéis de DNA superenrolados, os nós provavelmente são encontrados em uma de duas posições - na ponta das superenroladas ou em uma posição mais central. Uma inspeção mais próxima revelou um efeito mais surpreendente e inesperado. Coronel e Suma escrevem, "Estudamos o filamento de DNA e notamos que, sem supercoils, a região com nós se moveria relativamente rápido ao longo do filamento. Da mesma forma, regiões superenroladas podem mudar rapidamente no DNA sem nós. Contudo, quando nós e superenrolamento estão simultaneamente presentes, então, os pontos de contato cruciais nos nós de DNA ficam travados no lugar, persistentemente. E este efeito inesperado é particularmente interessante porque pode ser a chave para uma funcionalidade biológica específica e inesperada. "

Os autores escrevem, "Sabemos que as células vivas lidam rotineiramente com nós de DNA, e também sabemos que essas formas de emaranhamento geralmente são prejudiciais à funcionalidade biológica; por exemplo, podem impedir que a informação genética seja lida e traduzida em produtos proteicos. Enzimas específicas da família da topoisomerase são responsáveis ​​pelo desemaranhamento do DNA. Seu modus operandi lembra o eficiente, se não drástico, maneira pela qual Alexandre, o Grande, desatou o proverbial nó górdio com um corte de sua espada. De forma similar, essas enzimas desatam os filamentos de DNA por meio de uma sofisticada ação de corte e selagem. "

Ainda há um debate em andamento sobre quais mecanismos moleculares podem guiar essas enzimas, que são diminutos em comparação com a escala típica dos filamentos de DNA, intervir nos locais corretos onde sua ação de cortar e colar pode desatar os nós. Os autores concluem, "Foi sugerido que os locais-alvo são reconhecidos por características geométricas específicas, que é um mecanismo plausível e elegante. Contudo, não estava claro como essas características poderiam persistir, apesar do movimento molecular incessante. Nosso estudo sugere que o superenrolamento do DNA pode favorecer a ação das topoisomerases, mantendo os nós em uma configuração estável por um período de tempo muito maior do que outros rearranjos moleculares. Desta maneira, as enzimas podem ter tempo suficiente para reconhecer os locais alvo e, por sua vez, sua ação de cortar e colar seria mais simples, mais confiável e eficiente. Esta é atualmente uma hipótese, mas, uma vez que tem implicações tão interessantes, que esperamos que possa ser abordado em experiências futuras. "