Técnica de imagem de ponta mostra como os filamentos de DNA se acumulam
As bases do DNA têm uma tendência natural de aderir umas às outras, uma característica que foi medida no contexto deste estudo. Crédito:Ayushi Amin Dey Num novo estudo, investigadores do Departamento de Bioquímica do Instituto Indiano de Ciência (IISc), utilizaram uma nova técnica de imagem para identificar quão fortemente as bases adjacentes – os blocos de construção do ADN – se acumulam umas sobre as outras numa única cadeia. . As descobertas abrem possibilidades para a construção de nanodispositivos complexos de DNA e para desvendar aspectos fundamentais da estrutura do DNA.
Por trás do funcionamento contínuo de cada célula viva está o DNA – o veículo hereditário que transporta informações para o seu crescimento, funcionamento e reprodução. Cada fita de DNA é geralmente composta de quatro bases de nucleotídeos – adenina (A), guanina (G), timina (T) e citosina (C). As bases de uma cadeia emparelham-se com as da cadeia oposta para formar a cadeia dupla de ADN (A emparelha com T e G emparelha com C).
Dois tipos de interações estabilizam a estrutura de dupla hélice do DNA. O emparelhamento de bases – interação entre bases em fitas opostas – é mais amplamente conhecido, enquanto o empilhamento de bases – interação entre bases na mesma fita – não é muito bem estudado. Imagine um zíper em que o emparelhamento de bases é como o zíper que mantém os dois fios juntos, enquanto o empilhamento de bases atua como os dentes do zíper, garantindo uma conexão firme e segura.
As interações de empilhamento de bases são normalmente mais fortes do que o emparelhamento de bases, diz Mahipal Ganji, professor assistente do Departamento de Bioquímica, IISc, e autor correspondente do artigo publicado na Nature Nanotechnology .
Para estudar todas as 16 combinações possíveis de empilhamento de bases, os pesquisadores usaram DNA-PAINT (Point Accumulation in Nanoscale Topography). DNA-PAINT é uma técnica de imagem que funciona com base no princípio de que duas fitas de DNA projetadas artificialmente - cada uma terminando em uma base diferente - quando colocadas juntas em uma solução tampão à temperatura ambiente, se ligarão e se desligarão aleatoriamente por um tempo muito curto. .
A equipe marcou um dos fios (fio imager) com um fluoróforo que emitia luz durante a ligação e testou o empilhamento desse fio em cima de outro fio encaixado. A ligação e desvinculação de diferentes combinações de cadeias (com base nas bases finais) foram capturadas como imagens sob um microscópio de fluorescência. Nanoestruturas de DNA padronizadas (ciano), conforme imagens obtidas usando a técnica de super-resolução DNA-PAINT, habilitadas para estudar a força das interações de empilhamento de bases (rosa). Crédito:Abhinav Banerjee Descobriu-se que o tempo necessário para ligar e desligar os fios aumentava se a interação entre as bases empilhadas fosse forte, explica Abhinav Banerjee, primeiro autor e Ph.D. estudante do Departamento de Bioquímica. Portanto, utilizando os dados obtidos no DNA-PAINT, os pesquisadores construíram um modelo que ligava o tempo de ligação e desvinculação com a força de interação entre as bases empilhadas.
Usando essa técnica, a equipe conseguiu descobrir insights interessantes sobre o empilhamento de bases. Por exemplo, adicionar apenas mais uma interação de empilhamento de bases a uma cadeia de DNA parece aumentar a sua estabilidade em até 250 vezes. Eles também descobriram que cada par de nucleotídeos tinha sua própria força de empilhamento. Esta informação permitiu à equipe projetar uma nanoestrutura de DNA de três braços altamente eficiente que poderia potencialmente ser construída em um veículo em forma de poliedro para aplicações biomédicas, como direcionar marcadores de doenças específicas e fornecer terapias direcionadas.
Os pesquisadores também estão trabalhando no aprimoramento da própria técnica DNA-PAINT. Banerjee diz que aproveitando as interações de empilhamento, eles planejam projetar novas sondas que expandiriam as aplicações potenciais do DNA-PAINT.
Além disso, a pesquisa tem aplicações mais amplas além da imagem e da nanotecnologia, segundo os cientistas. Ganji espera que estas descobertas possam ser usadas para estudar propriedades fundamentais do DNA de cadeia simples e dupla que, por sua vez, possam lançar luz sobre os mecanismos de reparação do DNA, cuja falha leva a muitas doenças, incluindo o cancro.
Mais informações: Banerjee A, Anand M, Kalita S, Ganji M, Análise de molécula única de energia de empilhamento de bases de DNA usando nanoestruturas de DNA padronizadas, Nanotecnologia da Natureza (2023). www.nature.com/articles/s41565-023-01485-1 Informações do diário: Nanotecnologia da Natureza
