Cientistas mapeiam estruturas surpreendentes no DNA humano

Um estudo recente revelou que estruturas em forma de nó, conhecidas como motivos i, estão amplamente distribuídas no genoma humano. Estas estruturas anteriormente pouco compreendidas desempenham um papel crucial na regulação genética, especialmente em genes activos durante fases específicas do ciclo celular.

A estrutura de dupla hélice do DNA é amplamente conhecida, mas na década de 1990, os geneticistas começaram a suspeitar que esta forma poderia ser interrompida por estruturas secundárias chamadas motivos i, cuja existência fora do laboratório só foi confirmada em 2018.

Agora, pesquisadores do Instituto Garvan, na Austrália, fizeram um avanço significativo na compreensão do genoma humano ao identificar a presença de mais de 50.000 motivos i em três linhas celulares humanas diferentes. Os motivos I são estruturas de DNA em forma de nó que, diferentemente da dupla hélice clássica, consistem em pares de bases de citosina intercaladas e dobradas em uma estrutura tetramérica.

Estas estruturas foram descobertas pela primeira vez em laboratório, em condições de tubo de ensaio, o que levantou dúvidas sobre a sua existência em células vivas.

Os motivos i foram inicialmente descobertos em laboratório, sob condições de teste ligeiramente diferentes (mais ácidas) daquelas observadas no interior das células. Isso inicialmente levantou questões sobre se existiam motivos i nas células. No entanto, depois de gerarmos um anticorpo específico para a estrutura do motivo i, nós e outros conseguimos demonstrar que eles realmente existem em células humanas.

Daniel Christ, professor do Garvan Institute of Medical Research, em entrevista ao IFLScience

A descoberta foi publicada em Diário EMBO.

Identificação de estruturas iM no DNA genômico humano, incluindo representação esquemática do emparelhamento de bases de citosina na estrutura iM e a estratégia de imunoprecipitação e sequenciamento para identificar iMs no DNA humano. (Imagem: Martinez et al. / The EMBO Journal)

A relação entre motivos i e outras estruturas de DNA

O estudo também trouxe à luz a relação entre motivos i e estruturas G-quadruplex (G4), outra forma de DNA não canônico que já foi bem estudada. Observou-se que essas duas estruturas tendem a coexistir em regiões próximas do genoma, influenciando mutuamente a sua formação e, consequentemente, a expressão genética.

Estas descobertas são importantes não só para a compreensão básica da biologia molecular, mas também abrem novas possibilidades para o desenvolvimento de terapias genéticas.

Ao identificar e compreender melhor os papéis dos motivos i, os cientistas podem explorar novas estratégias para manipular a expressão genética com mais precisão, o que é especialmente relevante em contextos de doenças como o cancro, onde a regulação do ciclo celular é muitas vezes descontrolada. .

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Funções e implicações dos motivos i

A pesquisa revelou que os motivos i estão amplamente presentes em regiões do genoma associadas à regulação genética, como promotores de genes e regiões intrônicas. “Neste estudo, mapeamos mais de 50.000 locais de motivos i no genoma humano que ocorrem em todos os três tipos de células que examinamos”, disse Christ. IFL Ciência.

Ele continuou: “Este é um número notavelmente elevado para uma estrutura de DNA cuja existência nas células já foi considerada controversa. Nossas descobertas confirmam que os motivos i não são apenas curiosidades de laboratório, mas estruturas bastante difundidas – e que provavelmente desempenham papéis fundamentais na função genômica.”

Estas descobertas são importantes não só para a compreensão básica da biologia molecular, mas também abrem novas possibilidades para o desenvolvimento de terapias genéticas. Cristian David Peña Martinez, primeiro autor do estudo, destacou que “descobrimos que os motivos i estão associados a genes altamente ativos em momentos específicos do ciclo celular. Isto sugere que eles desempenham um papel dinâmico na regulação da atividade genética”.

Os investigadores também identificaram que os motivos i se formam na região promotora de oncogenes, como o oncogene MYC, conhecido por ser um dos alvos mais difíceis de tratar no cancro. “Pode ser possível projetar medicamentos que tenham como alvo os motivos i para influenciar a expressão genética, o que poderia expandir as opções de tratamento atuais”, comentou a coautora Dra. Sarah Kummerfeld ao IFLScience.

Implicações futuras

Este estudo pioneiro representa um marco na biologia molecular, fornecendo uma base sólida para pesquisas futuras sobre o papel dos motivos i na regulação genética.
Os próximos passos incluem investigar como estas estruturas influenciam processos como a replicação do ADN e a reparação de danos no genoma, áreas que podem ter implicações diretas na medicina personalizada e no tratamento de doenças genéticas.
Os avanços no conhecimento sobre os motivos i também levantam novas questões sobre a arquitetura do genoma e como diferentes estruturas de DNA podem colaborar para manter o funcionamento saudável das células humanas.
À medida que mais estudos são realizados, a compreensão do genoma humano continuará a evoluir, revolucionando potencialmente a biomedicina e o tratamento de doenças.