Saúde & Bem-EstarCientistas descobrem o que mantém o DNA unido

Chalmers University of Technology4 semanas atrásPara que o DNA seja lido, replicado ou reparado, as moléculas de DNA devem se abrir. Isto acontece quando as células usam uma proteína catalítica para criar um ambiente hidrofóbico em torno da molécula. (Imagem: Yen Strandqvist/Chalmers University of Technology)
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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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