O complexo funcionamento interno das células, de sua arquitetura a sua sinalização, estão na base de grande parte da vida orgânica multicelular. Como eles são construídos? Como suas proteínas interagem? E o mais crucial, como a compreensão dessas funções pode melhorar nosso conhecimento de resultados biológicos, como doenças?

Os distintos professores da Universidade do Colorado, Karolin Luger e Natalie Ahn, estudaram questões como essas por décadas. Ano passado, ambos foram eleitos para a Academia Nacional de Ciências, uma das homenagens de maior prestígio que um cientista pode receber. A dupla será formalmente empossada no sábado, 27 de abril na reunião anual da organização.

"É uma grande honra porque vem de colegas, "disse Luger, o presidente dotado do Departamento de Bioquímica de CU Boulder e um investigador do Howard Hughes Medical Institute. "É principalmente um reconhecimento maravilhoso do trabalho coletivo de todos os antigos e atuais alunos, pós-doutores e técnicos que contribuíram com esta pesquisa. "

Como um arqueólogo reunindo as origens de estruturas antigas, Luger e seus alunos examinam os blocos de construção fundamentais dos processos genômicos e desembaraçam sua maquinaria celular.

Luger começou sua carreira com interesse em cristalografia de raios-X, uma técnica usada para discernir estruturas moleculares 3-D. Eventualmente, seu foco mudou para cromatina, o material que contém o DNA, RNA e proteínas juntos em um pacote compacto dentro das células eucarióticas. Recentemente, no final da década de 1980, antes do advento do Projeto Genoma Humano, a cromatina era considerada sem importância, semelhante ao material de embalagem que só serve para armazenar itens mais valiosos dentro.

"Era uma mentalidade binária naquela época, mas acabou sendo muito mais confuso, com muita variação entre células individuais, "Luger disse." A embalagem, por assim dizer, tem implicações muito importantes sobre como os tipos de células se diferenciam. "

Imagine um espaço cheio de caixas de papelão etiquetadas cheias de livros, ela diz. Ao ler os rótulos nas caixas, os humanos podem discernir de quais caixas precisarão em breve e quais podem guardar com segurança. A cromatina opera de forma semelhante:uma célula-ovo fertilizada precisa de tudo - todas as informações genômicas que pode obter - enquanto uma célula mais madura, como uma célula do fígado, pode ler a embalagem e saber o que pode ignorar com segurança.

Os primeiros avanços na microscopia eletrônica revelaram a estrutura elegante da cromatina, que aparece como "contas em um cordão, "pontilhada com nucleossomos. Luger passou a determinar a estrutura dos nucleossomos em resolução quase atômica, revelando a estrutura do DNA em todos os organismos multicelulares

Mais recentemente, Luger tem examinado como e por que muitos organismos multicelulares - humanos, fermento, árvores - todas dobram seu DNA usando os mesmos mecanismos moleculares. Em 2017, seu laboratório e colaboradores identificaram os micróbios Archaea (que antecedem os organismos multicelulares em 3 bilhões de anos) como os prováveis ​​'inventores' da dobra do genoma e da estrutura do nucleossomo que ainda observamos hoje.

"Estou sempre interessado em saber como essas estruturas surgiram, "ela disse sobre a descoberta evolutiva." Dá muito trabalho dobrar o DNA, e Archaea desenvolveu um sistema bacana para fazer isso, que foi então apropriado e posteriormente refinado pelos primeiros organismos eucarióticos. "

Luger dá crédito a seus alunos e pesquisadores de pós-doutorado por seu trabalho meticuloso nesses tópicos de pesquisa, acrescentando que ela recruta deliberadamente de diferentes origens, como física, biologia celular e química para cultivar a resolução interdisciplinar de problemas.

"Os alunos chegam com novas ideias para tudo e me ajudam a ver um problema científico de todos os ângulos, "ela disse." Você tem que se deixar ser desafiado. "

Ahn chegou a CU Boulder há mais de 25 anos, trazendo experiência no campo conhecido como transdução de sinal, que envolve processos enzimáticos que permitem que as células respondam a sinais externos. Ahn foi o primeiro a descrever a enzima conhecida como proteína quinase quinase ativada por mitogênio (MAP2K), agora conhecido por ser um ponto de ativação crucial em alguns tipos de câncer, particularmente melanoma. Ao chegar em CU Boulder, ela e seu novo laboratório provaram que a ativação aberrante de MAP2K causa câncer, tornando esta enzima um alvo viável para intervenção terapêutica.

A onipresença de MAP2K em todas as células - saudáveis ​​e doentes - levou ao ceticismo inicial de que poderia ser um alvo de droga útil, Ahn disse, mas vários tratamentos inibidores do câncer com foco em MAP2K foram subsequentemente aprovados pelo FDA para uso clínico.

"Muitos pensaram que estes nunca se tornariam alvos de drogas porque pode haver muitos efeitos colaterais, "Ahn disse." Mas acabou que, notavelmente, as drogas são realmente muito bem toleradas, ainda mais do que a quimioterapia. "

Ahn também foi um pioneiro no campo da proteômica, que determina a química das proteínas "pesando" as moléculas usando uma tecnologia chamada espectrometria de massa. Ela foi uma das primeiras investigadoras a adotar tecnologias de proteômica, e usá-los para estudar a transdução de sinal. A proteômica agora é amplamente aplicada em todos os aspectos das biociências.

Para Ahn, sua eleição para o NAS foi uma surpresa agradável, o culminar de uma longa carreira em pesquisa básica que rendeu caminhos promissores para descobertas clínicas.

"Não consigo acreditar, mas sou grato e sortudo o suficiente por ter ótimos cientistas como colegas, "Ahn disse." A universidade me deu o espaço para ser criativo em minha pesquisa. "

O reconhecimento dual NAS também fala sobre a força cumulativa da disciplina de bioquímica de CU Boulder, que recentemente se tornou um departamento acadêmico independente na Faculdade de Artes e Ciências.

"Abraham Lincoln founded the National Academy of Sciences to give trustworthy scientific advice to the President, " said Distinguished Professor Thomas Cech, CU Boulder's first Nobel laureate and the director of the BioFrontiers Institute. "Being elected to the NAS is a rare honor, and in a typical year zero or one scientist might be elected from the entire state of Colorado. So for a single department to have two of its faculty elected in the same year is therefore rare and it's worthy of celebration!"

"This is an amazing department with a strong teaching mission, " Luger said. "We always have undergraduates participating in the labs who bring a lot of excitement and energy. There is tremendous opportunity here."