Um grupo de pesquisa liderado por David Reverter, cientista da Universidade Autônoma de Barcelona (UAB), identificou um mecanismo molecular que regula a divisão celular bacteriana. A descoberta mostra como a proteína MraZ se liga ao cluster do gene dcw para controlar este processo. As descobertas foram publicadas em Comunicações da natureza.
A divisão celular é necessária para todos os organismos vivos e depende da atividade coordenada de muitas proteínas e componentes reguladores. Na maioria das bactérias, as instruções para esse processo são organizadas em um grupo de genes conhecido como operon dcw. Este cluster contém a informação genética necessária para produzir as proteínas responsáveis pela divisão celular e pela construção da parede celular bacteriana.
Como o operon dcw ativa genes de divisão celular
Os genes neste cluster são ativados por proteínas conhecidas como fatores de transcrição. Essas proteínas se ligam a uma região específica do DNA chamada promotor, que marca onde começa a transcrição. Este ponto de partida é imediatamente antes do primeiro códon (a unidade básica da informação genética), que sinaliza o início da sequência da proteína.
Um desses fatores de transcrição é o MraZ, que também é o primeiro gene no operon dcw em todas as bactérias. Quando MraZ ativa o operon, os genes do cluster produzem proteínas necessárias para a divisão bacteriana. Assim, MraZ atua como um regulador chave que controla a atividade de um operon que regula a divisão celular na maioria das espécies bacterianas.
Mapeando o mecanismo molecular da divisão bacteriana
Uma equipe de pesquisa da UAB liderada por David Reverter, professor do Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular e pesquisador associado do Instituto UAB de Biotecnologia e Biomedicina (IBB-UAB), revelou o mecanismo detalhado desta regulamentação. A equipe usou técnicas avançadas em biologia estrutural, incluindo cristalografia de raios X e microscopia crioeletrônica.
Essas técnicas permitiram aos cientistas determinar como o fator de transcrição MraZ se liga ao promotor do operon dcw na bactéria Micoplasma genitalium. Este microrganismo é frequentemente utilizado em pesquisas de laboratório porque possui um genoma extremamente pequeno.
Uma visão em nível atômico da proteína de ligação ao DNA MraZ
A região promotora do operon dcw contém quatro segmentos repetitivos, ou “caixas”, cada um consistindo de seis nucleotídeos. Estas sequências repetitivas de DNA desempenham um papel fundamental na regulação transcricional.
Ao examinar o sistema usando microscopia crioeletrônica, os pesquisadores conseguiram observar a interação entre a proteína MraZ e as bases de DNA dessas quatro caixas repetidas com resolução quase atômica. Suas observações indicaram que o MraZ deve passar por mudanças estruturais para se ligar com sucesso ao operon.
“Esta é uma observação incrível. A proteína MraZ é um octâmero formado por oito subunidades idênticas conectadas em formato de donut, mas com uma curvatura que nunca permitirá que ela caiba nas quatro “caixas” do promotor. No entanto, para regular a divisão celular, vemos o donut quebrando e deformando de tal forma que quatro das subunidades podem se ligar às quatro caixas do promotor”, explica David Reverter.
Progresso significativo na compreensão da divisão celular bacteriana
A visualização direta de como o MraZ interage com o DNA promotor que inicia a divisão celular representa um grande avanço. Até agora, os investigadores que estudam este sistema basearam-se principalmente em experiências bioquímicas e simulações de computador para inferir como funciona o mecanismo.
Segundo Reverter, o sistema regulatório identificado neste estudo é provavelmente difundido entre as bactérias. “É universal para a maioria das bactérias porque todas as proteínas MraZ são muito semelhantes, têm a mesma estrutura octamérica e as sequências de DNA dos promotores dos operons que regulam a divisão celular também são semelhantes”, conclui Reverter.
Cooperação internacional em pesquisa
A pesquisa foi liderada pela equipe de David Reverter no Instituto de Biotecnologia e Biomedicina e no Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular da UAB. O trabalho foi realizado em colaboração com o síncrotron ALBA e o serviço de microscopia crioeletrônica do Instituto de Genética e Biologia Molecular e Celular de Estrasburgo, França.
