Cientistas desenvolveram os mapas mais detalhados conhecidos sobre como o DNA humano se dobra, forma laços e se move dentro das células vivas – revelando uma camada oculta de controle genético.
- Fornece uma nova perspectiva abrangente sobre como os genes interagem, se organizam e mudam de posição à medida que as células crescem, funcionam e se dividem
- Pode acelerar a descoberta de mutações genéticas causadoras de doenças e desvendar mecanismos ocultos por trás de transtornos hereditários
- Os pesquisadores esperam que as ferramentas eventualmente descubram como erros na dobra do genoma contribuem para o câncer, transtornos de desenvolvimento e outras doenças
Em um importante avanço para a compreensão de como a estrutura do DNA molda a biologia humana, cientistas da Universidade Northwestern, em colaboração com o Projeto 4D Nucleome, produziram os mapas mais detalhados até hoje sobre como o genoma humano está organizado em três dimensões e como essa organização muda ao longo do tempo. A pesquisa, publicada na Nature, oferece uma nova perspectiva sobre como o DNA funciona dentro das células vivas.
A equipe criou esses mapas usando células-tronco embrionárias humanas e fibroblastos. Juntos, os dados oferecem uma ampla visão sobre como os genes interagem, se organizam e mudam de posição enquanto as células realizam suas funções normais e se dividem, afirmou Feng Yue, co-autor correspondente e Professor de Medicina Molecular no departamento de bioquímica e genética molecular da Northwestern.
“Compreender como o genoma se dobra e se reorganiza em três dimensões é essencial para entender como as células funcionam,” disse Yue. “Esses mapas nos proporcionam uma visão sem precedentes de como a estrutura do genoma ajuda a regular a atividade gênica no espaço e no tempo.”
A Estrutura do DNA Molda a Atividade Gênica
O DNA dentro da célula não existe como uma cadeia linear reta. Ao contrário, ele se curva em laços e forma compartimentos distintos dentro do núcleo celular. Esses arranjos físicos ajudam a controlar quais genes são ativados ou desativados, influenciando o desenvolvimento, a identidade celular e o risco de doenças.
Para capturar essa complexidade, Yue e colaboradores de várias partes do mundo combinaram diversas técnicas genômicas avançadas. Ao aplicar essas ferramentas a fibroblastos e células-tronco embrionárias humanas, os pesquisadores montaram um conjunto de dados unificado e altamente detalhado que captura a organização do genoma de múltiplas perspectivas.
O Que os Novos Mapas do Genoma Revelam
A análise revelou várias características importantes da arquitetura do genoma:
- Mais de 140.000 laços de cromatina em cada tipo celular, além dos elementos específicos que ancoram esses laços e seu papel na regulação de genes
- Classificações detalhadas de domínios cromossômicos e suas posições dentro do núcleo
- Modelos 3D de alta resolução de genomas inteiros em nível de célula única, mostrando como genes individuais estão organizados em relação a genes vizinhos e regiões regulatórias
Essas descobertas mostram que a estrutura do genoma pode variar de uma célula para outra. As diferenças estão intimamente ligadas a atividades celulares essenciais, como transcrição e replicação do DNA.
Avaliação de Ferramentas para Estudar o Genoma 4D
Como nenhuma única técnica experimental consegue capturar completamente a organização do genoma em quatro dimensões, os pesquisadores também compararam os pontos fortes e limitações das tecnologias utilizadas. Através de uma extensa avaliação, eles identificaram quais abordagens são mais eficazes para detectar laços, definir limites de domínios ou identificar mudanças sutis na disposição do DNA dentro do núcleo – informações que podem orientar estudos futuros na área.
A equipe também desenvolveu ferramentas computacionais que podem prever como um genoma se dobrará com base apenas em sua sequência de DNA. Essas ferramentas possibilitam estimar como variantes genéticas – incluindo aquelas ligadas a doenças – podem alterar a estrutura 3D do genoma sem a necessidade de experimentos laboratoriais complexos.
Implicações para Doenças e Risco Genético
Yue afirmou que essa capacidade pode acelerar a identificação de mutações causadoras de doenças e descobrir mecanismos biológicos por trás de distúrbios hereditários que eram difíceis de detectar anteriormente.
“Uma vez que a maioria das variantes associadas a doenças humanas está localizada em regiões não codificadoras do genoma, é fundamental compreender como essas variantes influenciam a expressão gênica essencial e contribuem para doenças,” disse Yue. “A organização 3D do genoma oferece uma estrutura poderosa para prever quais genes são provavelmente afetados por essas variantes patogênicas,” afirmou Yue.
Rumo a Novos Diagnósticos e Tratamentos
O estudo reforça uma visão crescente na genética de que apenas ler sequências de DNA não é suficiente. A forma física do genoma também desempenha um papel central. Ao vincular a dobra do DNA, laços de cromatina, regulação gênica e comportamento celular, a pesquisa aproxima os cientistas de uma compreensão mais completa de como as instruções genéticas funcionam dentro das células vivas.
Olhando para o futuro, Yue disse que espera que essas ferramentas ajudem os pesquisadores a descobrir como erros na dobra do genoma contribuem para o câncer, transtornos de desenvolvimento e outras doenças, potencialmente levando a novas estratégias diagnósticas e terapias baseadas na estrutura do genoma.
“Depois de observar alterações no genoma 3D em vários tipos de câncer, incluindo leucemia e tumores cerebrais, nosso próximo objetivo é explorar como essas estruturas podem ser precisamente alvo e moduladas usando medicamentos como inibidores epigenéticos,” disse Yue.
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