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Os cientistas do MIT descobrem como os conjuntos moleculars interagem com os cromossomas no núcleo

Uma pilha armazena todo seu material genético em seu núcleo, sob a forma dos cromossomas, mas aquele não é tudo que é dobrado afastado dentro lá. O núcleo é igualmente em casa aos corpos pequenos chamados os nucléolos -; conjuntos de proteínas e de RNA que ajudam a construir os ribosomes.

Usando simulações computorizadas, os químicos do MIT têm descoberto agora como estes corpos interagem com os cromossomas no núcleo, e como a ajuda daquelas interacções os nucléolos existe como gotas estáveis dentro do núcleo.

Seus resultados igualmente sugerem que as interacções cromatina-nucleares do corpo conduzam o genoma para tomar na gel-como a estrutura, que ajuda a promover interacções estáveis entre o genoma e os machineries da transcrição. Estas interacções ajudam a expressão genética do controle.

Este modelo inspirou-nos pensar que o genoma pode ter gel-como as características que poderiam ajudar o sistema a codificar contactos importantes e a ajuda traduz mais aqueles contactos em saídas funcionais.”

Escaninho Zhang, o professor adjunto da revelação de carreira de Pfizer-Laubach da química no MIT, membro do associado do instituto largo de Harvard e de MIT, e autor superior do estudo

O aluno diplomado Yifeng Qi do MIT é o autor principal do papel, que aparece hoje em comunicações da natureza.

Modelando gotas

Muita da pesquisa de Zhang focaliza em modelar a estrutura tridimensional do genoma e em analisar como essa estrutura influencia o regulamento do gene.

No estudo novo, quis estender seu que modela para incluir os nucléolos. Estes corpos pequenos, que dividem no início da divisão de pilha e reformam então mais tarde no processo, consistem em mais do que mil moléculas diferentes do RNA e das proteínas. Uma das funções chaves dos nucléolos é produzir o RNA ribosomal, um componente dos ribosomes.

Os estudos recentes sugeriram que os nucléolos existissem como gotas líquidas múltiplas. Isto estava confundindo porque em condições normais, as gotas múltiplas devem eventualmente fundir junto em uma grande gota, para minimizar a tensão de superfície do sistema, Zhang diz.

“Que é onde o problema obtem interessante, porque no núcleo, de algum modo aquelas gotas múltiplas podem permanecer estáveis através de um ciclo de pilha inteiro, mais de aproximadamente 24 horas,” diz.

Para explorar este fenômeno, Zhang e Qi usaram uma técnica chamada a simulação da dinâmica molecular, que pode modelar como mudanças de sistema moleculars ao longo do tempo. No início da simulação, as proteínas e o RNA que compo os nucléolos são distribuídos aleatòria durante todo o núcleo, e as trilhas da simulação como formam gradualmente gotas pequenas.

Em sua simulação, os pesquisadores igualmente incluíram a cromatina, a substância que compo cromossomas e proteínas dos incudes assim como ADN. Usando dados das experiências precedentes que analisaram a estrutura dos cromossomas, a equipe do MIT calculou a energia da interacção dos cromossomas individuais, que permitiram que fornecessem representações realísticas de estruturas do genoma 3D.

Usando este modelo, os pesquisadores podiam observar como as gotas dos nucléolos formam. Encontraram que se modelaram os componentes nucleolar no seus próprios, sem a cromatina, fundiriam eventualmente em uma grande gota, como esperado. Contudo, uma vez que a cromatina foi introduzida no modelo, os pesquisadores encontraram que os nucléolos formaram gotas múltiplas, apenas como fazem em pilhas vivas.

Os pesquisadores igualmente descobertos porque isso acontece: As gotas dos nucléolos tornam-se tethered a determinadas regiões da cromatina, e uma vez aquela acontece, a cromatina actua como um arrasto que impeça que os nucléolos fundam entre si.

“Aquelas forças essencialmente prendem o sistema naquelas gotas pequenas e impedem-nas da fusão junto,” Zhang diz. “Nosso estudo é o primeiro para destacar a importância desta rede da cromatina que poderia significativamente retardar a fusão e prender o sistema em seu estado da gota.”

Controle do gene

Os nucléolos não são as únicas estruturas pequenas encontradas no núcleo -; outro incluem salpicos nucleares e o lamina nuclear, um envelope que cerque o genoma e possa ligar à cromatina. O grupo de Zhang está trabalhando agora em modelar as contribuições destas estruturas nucleares, e seus resultados iniciais sugerem que ajudem a dar ao genoma mais gel-como propriedades, Zhang diz.

“Este acoplamento que nós observamos entre a cromatina e corpos nucleares não é específico aos nucléolos. É geral a outros corpos nucleares também,” diz. “Esta concentração nuclear do corpo mudará fundamental a dinâmica da organização do genoma e girará muito provavelmente o genoma de um líquido para um gel.”

Isto gel-como o estado facilitaria para regiões diferentes da cromatina interagir um com o otro do que se a estrutura existiu em um estado líquido, diz. Manter interacções estáveis entre regiões distantes do genoma é importante porque os genes são controlados frequentemente pelos estiramentos da cromatina que são fisicamente distantes deles.

A pesquisa foi financiada pelos institutos de saúde nacionais e da fundação de Gordon e de Betty Moore.

Source:
Journal reference:

Qi, Y & Zhang, B., (2021) Chromatin network retards nucleoli coalescence. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-021-27123-9.