Os Cachinhos Dourados da fama dos contos de fadas sabiam algo sobre mingau. Precisava estar certo - nem muito quente nem muito frio. O mesmo acontece com os móveis - nem muito duros nem muito macios. Em um contexto diferente, cientistas da UC San Diego sabem algo sobre DNA. Eles sabem que as cadeias de nosso código genético, se estendido, mediria dois metros, ou cerca de seis pés. Eles também sabem que os fios se dobram e se movem dentro do núcleo da célula com o tamanho de cerca de um centésimo de milímetro. Mas eles não sabem como e em que estado da matéria isso ocorre, então eles decidiram verificar.

Inspirado por ideias da física das transições de fase e da física dos polímeros, pesquisadores das Divisões de Ciências Físicas e Biológicas da UC San Diego decidiram especificamente determinar a organização do DNA dentro do núcleo de uma célula viva. As descobertas de seu estudo, publicado recentemente em Nature Communications , sugerem que o estado de fase do DNA genômico é "perfeito" - um gel colocado no limite de fase entre o gel e o sol, a transição de fase sólido-líquido.

Pense em pudim, panna cotta - ou mesmo mingau. A consistência dessas delícias deve ser perfeita para ser desfrutada de maneira ideal. Assim como a transição de fase "sol-gel", de acordo com os cientistas, parece certo para explicar o momento das interações genômicas que ditam a expressão do gene e a recombinação somática.

"Esta descoberta aponta para um princípio físico geral de organização cromossômica, que tem implicações importantes para muitos processos-chave em biologia, da produção de anticorpos à diferenciação de tecidos, "disse Olga Dudko, um biofísico teórico e professor do Departamento de Física da UC San Diego, que colaborou com o colega Cornelis Murre, um distinto professor da Seção de Biologia Molecular, no estudo.

Junto com o ex-aluno de pós-graduação de Dudko, Yaojun Zhang, agora um pesquisador de pós-doutorado em Princeton, e o estudioso de pós-doutorado de Murre, Nimish Khanna, a equipe coletou e analisou dados sobre o movimento do DNA dentro de células B de mamíferos vivos de camundongos para entender como as interações genômicas remotas geram um conjunto diversificado de anticorpos pelo sistema imunológico adaptativo.

Em mamíferos, como roedores e humanos, segmentos gênicos de imunoglobina são organizados em grupos de variáveis ​​(V), diversidade (D) e segmentos de união (J). Estes V, Os segmentos D e J combinam-se aleatoriamente através do processo de recombinação somática. Isso ocorre antes do contato com o antígeno e durante o desenvolvimento de células B no tecido linfóide do sistema imunológico, ou medula óssea. Essas interações genéticas aleatórias resultam em diversos códigos de proteínas que correspondem aos antígenos que ativam os linfócitos.

Os cientistas examinaram as várias interações entre os segmentos de genes V e DJ. Embora como exatamente essas interações ocorrem permanece desconhecido, os pesquisadores da UC San Diego desenvolveram uma estratégia para rastrear o movimento de V e DJ em linfócitos B. Eles descobriram que os segmentos V e DJ estavam presos em configurações que permitiam apenas movimento local - em outras palavras, os segmentos permaneceram espacialmente proximais se estivessem inicialmente próximos ou permaneceram separados se estivessem inicialmente distantes. Os pesquisadores também observaram, dentro de um subconjunto de células, mudanças abruptas no movimento V e DJ, plausivelmente causado por mudanças temporais na cromatina.

Ao comparar dados experimentais e simulados, os cientistas concluíram que o movimento restrito é imposto por uma rede de cadeias de cromatina reticuladas, ou uma malha de pontes entre as fitas de DNA que são características de uma fase de gel. Ainda, a quantidade dessas ligações cruzadas é "perfeita" para posicionar o DNA perto da fase sol - uma fase líquida que descreve uma solução de cadeias não cruzadas.

Esse padrão sugeriu aos cientistas que existe um certo princípio organizacional do DNA genômico - proximidade com a transição da fase sol-gel - que explica como o genoma pode simultaneamente possuir estabilidade e capacidade de resposta dentro do núcleo.

Esses resultados indicam que o padrão de empacotamento de DNA dentro do núcleo de uma célula tem consequências para o destino de uma célula - se ela se torna uma célula viva ou doente.

"Temos teorias rigorosas da física - princípios abstratos e equações matemáticas. Temos experimentos de ponta em biologia - rastreamento inovador de segmentos gênicos em núcleos de células de mamíferos vivos, "observou Zhang." Realmente me surpreende e me empolga quando os dois aspectos se fundem de forma coerente em uma história, onde a física não é apenas uma ferramenta para descrever a dinâmica dos segmentos gênicos, mas ajuda a identificar o estado físico do genoma, e ainda lança luz sobre o impacto das propriedades físicas deste estado em sua função biológica. "