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Ciência31/12/2021

Novo recurso ajuda a entender a incrível biblioteca que cada célula nossa contém

O DNA e a maquinaria celular associada são reunidos e organizados por certos RNAs não codificantes; cada região é mostrada em uma forma de gelatina de cor diferente neste modelo. Crédito: Cortesia de Inna-Marie Strazhnik

31/12/21 - 16h29min - Atualizado em 31/12/21 - 16h32min

O genoma humano pode ser visto como uma enorme biblioteca, contendo mais de 20 mil “manuais de instrução” diferentes: seus genes. Por exemplo, existem genes que contêm informações para construir uma célula cerebral, uma célula da pele, uma célula branca do sangue e assim por diante. Existem até genes que contêm informações sobre a regulação do próprio genoma – como livros que explicam como organizar uma biblioteca. A capacidade de regular a expressão gênica – em outras palavras, a capacidade da célula de ativar ou desativar várias constelações de genes – é a base do motivo pelo qual células diversas (como uma célula muscular ou uma célula cerebral) têm diferentes formas e funções.

Para que qualquer biblioteca seja útil ao leitor, ela precisa ser organizada de uma forma facilmente pesquisável. Por exemplo, todos os livros relativos à história mundial podem estar em uma prateleira, enquanto os livros de receitas podem estar em uma seção totalmente diferente da biblioteca. Em um núcleo celular, há mais de 1,8 metro de material genético empacotado em um espaço 50 vezes menor que a largura de um fio de cabelo humano. Como está organizada a “biblioteca” do núcleo? Quando uma célula precisa regular certos genes, como a maquinaria celular encontra os certos entre outros 20 mil?

Um artigo do laboratório de Mitchell Guttman, professor de biologia do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech, nos EUA), aborda uma nova ferramenta poderosa que pode investigar o mundo do material genético da célula (DNA e RNA) a fim de encontrar respostas para essas perguntas. O trabalho foi publicado na revista Cell.

Funções misteriosas

Liderada por Sofia Quinodoz, ex-aluna de pós-graduação do laboratório de Guttman e agora pesquisadora de pós-doutorado na Universidade de Princeton (EUA), a equipe descobriu que moléculas de RNA não codificantes são responsáveis ​​por estabelecer “compartimentos” dentro do núcleo e guiar moléculas-chave para regiões precisas do genoma. O RNA não codificador são moléculas que não codificam proteínas e, em vez disso, têm uma série de funções que muitas vezes ainda são misteriosas para os biólogos. Na analogia da biblioteca, as moléculas de RNA não codificantes atuam como as “prateleiras” que organizam diferentes grupos de genes e a maquinaria que interage com eles.

Compreender como o material genético é organizado espacialmente é uma parte crucial da compreensão do funcionamento básico da vida. A disfunção no núcleo é uma marca registrada de muitas doenças, incluindo câncer, distúrbios neurodegenerativos e outros.

A pesquisa foi viabilizada por uma poderosa ferramenta desenvolvida no laboratório de Guttman que permite visualizações detalhadas do mundo do RNA, chamada RD-Sprite (RNA e DNA Split-Pool Recognition of Interactions by Tag Extension). Em essência, o RD-Sprite funciona marcando moléculas de RNA e DNA com códigos de barras minúsculos e exclusivos com base em suas localizações; a análise dos códigos de barras pode então dizer quais moléculas estavam em quais posições dentro da célula.

Novo microscópio

“Essa ferramenta é algo com que sempre sonhei desde que era estudante de graduação. É notável que Sofia tenha conseguido fazer isso acontecer”, disse Guttman. “Isso muda o que podemos observar no mundo do RNA. É como desenvolver um novo microscópio; você pode começar a olhar para coisas que nunca viu antes. Esta descoberta sobre o RNA e a organização é a ponta do iceberg em termos de o que podemos começar a encontrar nesses dados.”

A equipe planeja usar a RD-Sprite para comparar a organização espacial do núcleo entre células saudáveis ​​e tipos de células de doenças, a fim de entender como a expressão do gene e a estrutura física do núcleo podem ser afetadas em estados de doença.

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Caltech