Movimentos do genoma através do núcleo de uma célula-tronco (esquerda) e sua progênie diferenciada (direita). Crédito:Alexandra Zidovska, Departamento de Física da NYU.
A organização do genoma humano depende da física de diferentes estados da matéria - como líquido e sólido - que uma equipe de cientistas descobriu. As evidências, que revelam como a natureza física do genoma muda conforme as células se transformam para servir a funções específicas, apontam para novas maneiras de entender melhor as doenças e criar terapias aprimoradas para o câncer e doenças genéticas.
O genoma é a biblioteca de informações genéticas essenciais para a vida. Cada célula contém toda a biblioteca, no entanto, usa apenas parte dessas informações. Tipos especiais de células, como um glóbulo branco ou um neurônio, tenha apenas alguns "livros" abertos - aqueles que contêm informações relevantes para sua função. Os pesquisadores há muito procuram determinar como o genoma gerencia essas enormes bibliotecas e permite o acesso aos "livros" necessários, enquanto armazena os que não estão em uso.
No estudo recém-publicado, que aparece no jornal Cartas de revisão física, os pesquisadores revelaram como isso acontece dentro de uma célula.
“Descobrimos que as partes do genoma que estão sendo usadas são líquidas, enquanto as partes não utilizadas formam ilhas sólidas, "explica Alexandra Zidovska, professor assistente do Departamento de Física da Universidade de Nova York e autor sênior do estudo. "Essas ilhas de aparência sólida servem como estantes de biblioteca, armazenando os livros com genes que não estão em uso, enquanto a parte do genoma líquido atua como um 'livro aberto, 'que é facilmente acessível e usado para a vida e função de uma célula. "
A informação genética do genoma é codificada na molécula de DNA. A leitura e o processamento adequados dessas informações são essenciais para a saúde humana e o envelhecimento. Em uma célula humana, o genoma, que contém o código genético, está alojado no núcleo da célula. Com apenas 10 micrômetros de tamanho - ou cerca de 10 vezes menor que a largura de um fio de cabelo humano - ele armazena cerca de dois metros de DNA.
Armazenar essa vasta quantidade de informação genética em um espaço tão pequeno requer empacotamento de tal forma que cada pedaço de DNA, e, portanto, do código genético, é facilmente acessível quando necessário.
O que havia sido menos compreendido é como essas informações eram armazenadas e qual era o papel da física nisso.
Núcleo de uma célula-tronco (esquerda) e sua progênie diferenciada (direita) com partes do genoma em forma de líquido (verde) e em forma de gel (magenta). Crédito:Alexandra Zidovska, Departamento de Física da NYU
Para explorar este fenômeno, Os pesquisadores, que também incluiu Iraj Eshghi e Jonah Eaton, Candidatos a doutorado da NYU, células comparadas antes e depois de se tornarem especializadas.
Especificamente, os cientistas mapearam movimentos do genoma em núcleos de células-tronco de camundongos - aquelas que ainda não têm uma função especializada, mas estão prestes a se tornar qualquer tipo de célula, como um neurônio ou um glóbulo branco - e então deixe essas células sofrerem uma diferenciação em células neuronais antes de mapear os movimentos genômicos novamente. Ao fazer isso, eles geraram os primeiros mapas dos movimentos de um genoma antes e depois da diferenciação celular.
Aqui, eles descobriram que as células-tronco mantêm seu genoma "aberto" - tornando-o tão acessível quanto um livro aberto, com "páginas genéticas" facilmente acessíveis.
Contudo, o mapeamento também mostrou que, uma vez que uma célula-tronco se torna uma célula especializada, por exemplo. um neurônio, esta célula especializada mantém prontamente acessível apenas as partes do genoma que são necessárias para sua função específica. Ele guarda as partes não utilizadas do genoma em "estantes". Isso deixa mais espaço para informações que estão sendo ativamente lidas e processadas.
"Esses movimentos nos dizem exatamente o quão acessível o genoma está em um determinado lugar no núcleo da célula, "explica Zidovska." Além disso, esses movimentos revelam o estado físico de diferentes partes do genoma, com partes líquidas correspondendo a DNA fracamente compactado, e partes semelhantes a sólidos correspondendo a géis de DNA compactados. O empacotamento do genoma nesses diferentes estados da matéria impacta diretamente a acessibilidade do genoma; as partes líquidas são acessíveis, em contraste com as partes sólidas. O surpreendente é que esta organização depende da física de diferentes estados da matéria, líquido e sólido. "
"Medir os movimentos de partes distintas do genoma nos permitiu mostrar essas diferentes propriedades físicas de diferentes partes do genoma, e, assim, compreender a organização do genoma - o sistema de biblioteca da célula, " " Ela adiciona.
Um sistema de arquivamento celular adequado é vital para a saúde humana, observam os pesquisadores.
"Considerando o grande número de tipos de células no corpo humano, se um livro estiver faltando ou extraviado nesta biblioteca de celular, pode levar a informações ausentes ou desnecessárias, possivelmente levando a distúrbios de desenvolvimento e hereditários, bem como aflições como câncer, "explica Zidovska." Portanto, revelar como o genoma está organizado dentro do núcleo da célula é fundamental para a nossa compreensão dessas condições e doenças. Além disso, tal conhecimento pode nos ajudar a projetar terapias futuras e diagnósticos de tais distúrbios. "
