Chamada Através do Cordão de DNA: Uma “Mudança” Genética Recentemente Descoberta
Proteínas saudáveis podem se conectar por meio do DNA, realizando um diálogo de longa distância que funciona como uma espécie de “troca” genética, de acordo com o Instituto Weizmann de cientistas de pesquisa científica. Eles descobriram que a ligação de proteínas saudáveis a um site de uma partícula de DNA pode afetar um site de ligação adicional em um lugar remoto. Esse “impacto de pares” aciona genes específicos. Esse impacto já havia sido observado em sistemas fabricados, mas o estudo de Weizmann é o primeiro a mostrar que isso acontece no DNA de organismos vivos.
Um grupo liderado pelo Dr. Hagen Hofmann da Divisão de Biologia Química e Estrutural fez essa exploração enquanto pesquisava uma sensação estranha nos germes de sujeira Bacillus subtilis. Uma pequena minoria dessas bactérias mostra uma capacidade única: a capacidade de aprimorar seus genomas usando setores de genes bacterianos espalhados pela sujeira circundante. Essa capacidade depende de uma proteína saudável chamada ComK, uma variável de transcrição, que se liga ao DNA para ativar os genes que tornam a eliminação viável. No entanto, não foi identificado exatamente como essa ativação funciona.
O cientista da equipe Dr. Gabriel Rosenblum liderou este estudo de pesquisa, no qual os pesquisadores verificaram o DNA microbiano usando ferramentas biofísicas inovadoras – FRET de molécula única e microscopia eletrônica criogênica. Principalmente, eles se concentraram em ambos os locais da molécula de DNA à qual as proteínas ComK se ligam.
Eles descobriram que, quando 2 moléculas ComK se ligam a um dos locais, ele dispara um sinal que facilita a ligação de 2 partículas ComK extras no segundo local. A chamada pode viajar entre os sites porque as modificações físicas causadas pela ligação das proteínas saudáveis originais criam tensão que é transferida junto com o DNA, como girar uma corda em uma das pontas. Quando todas as quatro partículas estão ligadas ao DNA, um limite é ultrapassado, ativando a capacidade de eliminação de genes da bactéria.
“Ficamos chocados ao descobrir que o DNA, além de consistir no código genético, atua como uma televisão a cabo de interação, transferindo informações em um país razoavelmente cruzado de um site de ligação de proteína saudável para outro”, afirma Rosenblum.
Ao manipular o DNA bacteriano e ficar de olho nos efeitos dessas manipulações, os pesquisadores esclareceram os detalhes da interação de longa distância dentro do DNA. Eles descobriram que, para troca – ou trabalho em equipe – entre 2 sites para ocorrer, esses sites devem estar situados em um intervalo específico um do outro e devem lidar com a mesma direção na hélice do DNA. Qualquer desvio dessas duas condições – por exemplo, aumentar o intervalo – prejudicou a interação. A sequência de cartas hereditárias entre os dois sites teve pouco efeito nesta comunicação. Em contraste, uma quebra no DNA o interrompeu totalmente, mais uma evidência de que essa comunicação acontece por meio de um link físico.
Saber esses detalhes pode ajudar a alternar o projeto molecular das intensidades desejadas para uma seleção de aplicações. Este último pode consistir em microrganismos geneticamente concebidos para limpar a poluição ambiental ou sintetizar enzimas como medicamentos.
“A comunicação de longa distância dentro de uma molécula de DNA é um novo tipo de dispositivo regulador – que abre técnicas anteriormente indisponíveis para criar os circuitos genéticos do futuro”, afirma Hofmann.
Referência: “Alosteria através do DNA impulsiona a troca de fenótipo” por Gabriel Rosenblum, Nadav Elad, Haim Rozenberg, Felix Wiggers, Jakub Jungwirth e Hagen Hofmann, 20 de maio de 2021, Nature Communications .
DOI: 10.1038 / s41467-021-23148-2
A equipe de pesquisa incluiu o Dr. Nadav Elad do Departamento de Apoio à Pesquisa Química de Weizmann; Dr. Haim Rozenberg e Dr. Felix Wiggers do Departamento de Biologia Química e Estrutural; e Jakub Jungwirth do Departamento de Física Química e Biológica.
O Dr. Hagen Hofmann é o titular da Cadeira de Desenvolvimento de Carreira em Perpetuidade Corinne S. Koshland.
