Pesquisadores da Chalmers University of Technology, na Suécia, refutaram a teoria predominante de como o DNA se liga. Não se trata, como geralmente se acredita, de ligações de hidrogênio que ligam os dois lados da estrutura do DNA. Em vez disso, a água é a chave. A descoberta abre portas para uma nova compreensão na pesquisa em medicina e ciências da vida. Os resultados foram publicados na PNAS.
O DNA é composto de duas cadeias que consistem em moléculas de açúcar e grupos de fosfato. Entre estas duas cadeias estão as bases de nitrogênio, os compostos que compõem os genes, com ligações de hidrogênio entre eles. Até agora, pensava-se comumente que essas ligações de hidrogênio mantinham os dois fios juntos.
Mas agora, pesquisadores da Chalmers University of Technology mostram que o segredo da estrutura helicoidal do DNA pode ser que as moléculas têm um interior hidrofóbico, em um ambiente que consiste principalmente em água. O ambiente é, portanto, hidrofílico, enquanto as bases de nitrogênio das moléculas de DNA são hidrofóbicas, afastando a água circundante. Quando as unidades hidrofóbicas estão em um ambiente hidrofílico, elas se agrupam para minimizar sua exposição à água.
O papel das ligações de hidrogênio, que foram vistas previamente como cruciais para manter hélices de DNA juntas, parece ser mais a ver com a classificação dos pares de base para que eles se liguem juntos na sequência correta. A descoberta é crucial para a compreensão da relação do DNA com seu ambiente.
“As células querem proteger seu DNA, e não o expor aos ambientes hidrofóbicos, que às vezes podem conter moléculas prejudiciais”, diz Bobo Feng, um dos pesquisadores por trás do estudo. “Mas, ao mesmo tempo, o DNA das células precisa se abrir para ser usado.”
“Acreditamos que a célula mantém seu DNA em uma solução aquosa a maior parte do tempo, mas assim que uma célula quer fazer algo com seu DNA, como ler, copiar ou reparar, ela expõe o DNA a um ambiente hidrofóbico.”
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A reprodução, por exemplo, envolve os pares de bases se dissolvendo uns dos outros e se abrindo. Enzimas então copiam ambos os lados da hélice para criar um novo DNA. Quando se trata de reparar o DNA danificado, as áreas danificadas são submetidas a um ambiente hidrofóbico, para serem substituídas. Uma proteína catalítica cria o ambiente hidrofóbico. Este tipo de proteína é central para todos os reparos de DNA, o que significa que pode ser a chave para combater muitas doenças graves.
Compreender essas proteínas poderia render muitos novos insights sobre a luta contra bactérias resistentes, por exemplo, ou potencialmente curar o câncer. As bactérias usam uma proteína chamada RecA para reparar seu DNA, e os pesquisadores acreditam que seus resultados poderiam fornecer novas informações sobre como este processo funciona – oferecendo potencialmente métodos para pará-lo e, assim, matar as bactérias.
Nas células humanas, a proteína Rad51 repara o DNA e fixa sequências de DNA mutantes, que de outra forma poderiam levar ao câncer. “Para entender o câncer, precisamos entender como o DNA repara. Para entender isso, primeiro precisamos entender o próprio DNA”, diz Bobo Feng. “Até agora, não o fizemos, porque acreditávamos que as ligações de hidrogênio eram o que o mantinha unido. Agora, temos mostrado que, em vez disso, são as forças hidrofóbicas que estão por trás dele. Nós também mostramos que o DNA se comporta de forma totalmente diferente em um ambiente hidrofóbico. Isso poderia nos ajudar a entender o DNA, e como ele se repara. Ninguém colocou previamente o DNA em um ambiente hidrofóbico como este e estudou como ele se comporta, então não é surpreendente que ninguém tenha descoberto isso até agora”.
Os pesquisadores também estudaram como o DNA se comporta em um ambiente mais hidrofóbico que o normal, um método com o qual foram os primeiros a experimentar. Eles usaram a solução hidrofóbica de polietilenoglicol, e mudaram passo a passo os arredores do DNA do ambiente naturalmente hidrofílico para um ambiente hidrofóbico. Eles visavam descobrir se há um limite onde o DNA começa a perder sua estrutura, quando o DNA não tem uma razão para se ligar, porque o ambiente não é mais hidrofílico. Os pesquisadores observaram que quando a solução atingiu o limite entre hidrofílico e hidrofóbico, a forma espiral característica das moléculas de DNA começou a se desfazer.
Após uma inspeção mais atenta, eles observaram que, quando os pares de bases se separam uns dos outros (devido à influência externa, ou simplesmente a partir de movimentos aleatórios), formam-se furos na estrutura, permitindo a entrada de água. Como o DNA quer manter seu interior seco, ele pressiona junto, com os pares de bases se juntando novamente para espremer a água. Em um ambiente hidrofóbico, essa água está faltando, então os buracos ficam no lugar.
RELEASE / Chalmers University of Technology via Phys / DOI: 10.1073/pnas.1909122116
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