Durante anos, os pesquisadores acreditaram que o DNA dentro de um óvulo recém-fertilizado começou como uma “lousa em branco” estrutural – um feixe solto e desorganizado que só ganha ordem quando o embrião começa a usar seus próprios genes. De acordo com esta visão tradicional, o genoma permaneceu em grande parte desestruturado até “acordar” e iniciar o seu programa genético.
Um novo estudo publicado em Genética da natureza problemas que há muito se seguem a conjecturas. A professora Juanma Vaquerizos e colegas relatam que o genoma já mostra um nível inesperado de organização nesta fase inicial. A equipe desenvolveu uma nova tecnologia chamada Pico-C, que permite aos cientistas examinar a estrutura 3D do genoma com detalhes requintados. Usando esta abordagem, eles descobriram que muito antes de o genoma ser totalmente ativado – uma etapa conhecida como ativação do genoma zigótico – a complexa estrutura tridimensional do DNA já está tomando forma.
Este padrão inicial de dobramento não é apenas uma curiosidade estrutural. A forma como o DNA está organizado no espaço determina quais genes podem ser ativados durante o desenvolvimento. Esse controle é essencial para o funcionamento normal das células e ajuda a prevenir anomalias de desenvolvimento e doenças.
“Anteriormente, considerávamos o período anterior ao despertar do genoma um período de caos”, explica Nura Maziak, principal autora do estudo. “Mas se ampliarmos mais do que nunca, podemos ver que este é, na verdade, um canteiro de obras muito disciplinado. A construção do genoma está sendo construída de forma precisa e modular, muito antes de o botão ‘ligar’ ser totalmente acionado.”
Tecnologia Pico-C mapeia dobramento de DNA em moscas-das-frutas
A descoberta foi feita a partir da mosca da fruta (Drosophila), organismo modelo amplamente utilizado em pesquisas genéticas. Durante as primeiras horas após a fertilização, o embrião da mosca da fruta divide rapidamente o seu núcleo, produzindo milhares de células num curto espaço de tempo. Esta rápida taxa de desenvolvimento torna-o um sistema ideal para estudar como os genomas são organizados e regulados.
Usando o seu método Pico-C altamente sensível, os investigadores mapearam o arranjo tridimensional do genoma da mosca da fruta nestas fases iniciais. Eles descobriram que o DNA se fecha e se dobra em um padrão modular, permitindo que diferentes sinais regulatórios afetem regiões específicas do genoma. Esta arquitetura sofisticada garante que a informação genética seja preparada e posicionada para ativação exatamente quando for necessária.
Além de visualizar detalhadamente a estrutura do DNA, o Pico-C requer apenas amostras muito pequenas – cerca de dez vezes menos material do que os métodos padrão. Esta eficiência permite-nos investigar como o dobramento do ADN molda a regulação genética e como as perturbações nesta arquitetura podem contribuir para doenças com muito maior precisão.
Quando a arquitetura do genoma entra em colapso nas células humanas
Embora o “modelo” estrutural tenha sido descoberto pela primeira vez em moscas-das-frutas, o seu significado estende-se à biologia humana. Em um estudo complementar publicado em Natureza da Biologia Celular Liderados pela professora Ulrike Kuta e colegas da ETH Zürich, na Suíça, os pesquisadores aplicaram a mesma estratégia de imagem de alta resolução às células humanas.
Eles investigaram o que acontece quando as “âncoras” moleculares que estabilizam a estrutura tridimensional do genoma são removidas. As descobertas foram surpreendentes. Quando esta estrutura estrutural se desintegra, as células humanas interpretam a ruptura como se estivessem sob ataque viral. Esta interpretação errada ativa o sistema imunológico inato da célula, criando um alarme falso que pode levar à inflamação e à doença.
“Esses dois estudos contam a história completa”, diz Juanma. “O primeiro mostra-nos como a estrutura 3D do genoma é cuidadosamente construída no início da vida. O segundo mostra-nos as consequências catastróficas para a saúde humana quando esta estrutura se desintegra.”
Esta pesquisa foi financiada pelo Conselho de Pesquisa Médica e pela Academia de Ciências Médicas (AMS) através de um Prêmio AMS Professorship.
