Como o Movimento da Cromatina Ajuda a Controlar a Expressão Gênica

Uma Nova Perspectiva sobre a Cromatina

A expressão gênica é controlada em parte pelas interações entre genes e elementos reguladores localizados ao longo do genoma. Essas interações dependem da capacidade da cromatina — uma mistura de DNA e proteínas — de se mover em um espaço lotado. Em um novo estudo, pesquisadores do MIT mediram o movimento da cromatina em escalas de tempo que variam desde centenas de microssegundos até horas, permitindo que eles quantificassem esses dinâmicas rigorosamente pela primeira vez.

Categorização do Movimento da Cromatina

A análise revelou que a cromatina pode existir em duas categorias distintas: em uma delas, a cromatina se move de forma restrita, permitindo que ela contate principalmente regiões vizinhas do genoma; na outra, a cromatina se move de forma mais livre e contata regiões mais distantes, mas isso apenas em escalas de tempo mais longas.

Os resultados oferecem uma visão sobre como a expressão gênica é regulada, bem como sobre como os segmentos de cromatina se juntam para outros processos como a reparação do DNA, dizem os pesquisadores.

A Revolução na Observação da Cromatina

“Graças à nossa capacidade de observar a dinâmica da cromatina pela primeira vez em escalas de tempo muito rápidas e em toda a gama dinâmica, conseguimos observar o movimento da cromatina em um nível que simplesmente não era possível antes”, afirma Anders Sejr Hansen, professor associado de engenharia biológica do MIT e autor sênior do novo estudo, publicado hoje na Nature Structural and Molecular Biology.

Movimento Constante na Nuvem de Cromatina

No contexto das células, a cromatina muitas vezes é retratada como uma estrutura estática dentro do núcleo celular, mas na realidade ela está constantemente se movendo. Esses movimentos são necessários para que os genes interajam com sequências reguladoras do DNA, como os potentes enhancers, que podem estar a até 1 milhão de pares de bases de distância.

Além disso, garantem que, quando ocorrem quebras no DNA, as duas extremidades do DNA possam se encontrar para serem reparadas. “As dinâmicas da cromatina são fundamentais para todos os processos no núcleo, especialmente aqueles que envolvem duas coisas se encontrando, como na reparação do DNA, regulação gênica ou movimentação de um gene específico para o compartimento correto do núcleo”, acrescenta Hansen.

O Comportamento da Cromatina como um Polímero

O movimento de qualquer localização particular no genoma, ou locus, é restringido pelo fato de que o DNA é um polímero. Após se mover em qualquer direção, um locus será puxado de volta pelo DNA de ambos os lados. “Os cromossomos são polímeros, mantidos juntos por muitos nucleotídeos de DNA. Ser parte do DNA é um pouco como correr enquanto se segura as mãos de outras pessoas. Se cem pessoas estão segurando as mãos e você, no meio da corrente, tenta correr em uma direção, você será puxado de volta”, esclarece Hansen.

Esse tipo de comportamento é conhecido como movimento subdifusivo. Estudos anteriores apresentaram reportes conflitantes sobre quão subdifusiva é a cromatina, principalmente porque não conseguiram rastrear o movimento por um tempo suficiente para obter medições estatisticamente robustas.

A Super-Resolução e o Estudo da Cromatina

Para gerar dados mais estatisticamente robustos, a equipe de MIT utilizou a técnica de microscopia de super-resolução MINFLUX, que pode rastrear o movimento de objetos minúsculos, como proteínas, por períodos mais longos. Essa técnica foi recentemente desenvolvida por Stefan Hell do Instituto Max Planck, laureado com o Nobel por seu trabalho na microscopia de super-resolução. Neste estudo, a equipe do MIT se tornou a primeira a aplicar essa técnica à cromatina em células vivas.

“O MINFLUX nos permitiu contornar as limitações da microscopia convencional, permitindo que medíssemos o movimento da cromatina mais rápido e por mais tempo do que nunca”, afirma Narducci.

Resultados e Conclusões

Usando o MINFLUX, os pesquisadores puderam estudar células em escalas de tempo de até quatro ordens de magnitude — de 200 microssegundos a 10 segundos. Ao combinar o MINFLUX com duas técnicas comuns de imagem, conseguiram rastrear o movimento da cromatina em sete ordens de magnitude ao longo do tempo, desde centenas de microssegundos até várias horas.

Esses estudos, realizados em várias linhagens celulares de camundongos e humanos, permitiram que os pesquisadores identificassem duas classes distintas de dinâmicas da cromatina. Em ambas as classes, em escalas de tempo curtas e intermediárias (até 200 segundos), qualquer dado locus tende a se mover apenas dentro de cerca de 200 nanômetros. Isso sugere que o puxão subdifusivo é mais forte do que se pensava anteriormente.

“Uma das principais descobertas é que você tem essa região de influência onde um locus genômico tem acesso a outros loci genômicos, e isso é aproximadamente algumas centenas de nanômetros”, conclui Grosse-Holz. “Se os loci estiverem muito mais próximos do que algumas centenas de nanômetros, eles estão efetivamente em contato o tempo todo.”

Essa constante interconexão é fundamental, sendo provavelmente benéfica para a reparação do DNA, garantindo que as fitas quebradas possam se reencontrar e serem restauradas.