As "âncoras" cromossômicas organizam o DNA durante a divisão celular

20 de dezembro de 2012

As “âncoras” cromossômicas organizam o DNA durante a divisão celular

A descoberta de Salk de um novo papel para os telômeros no crescimento celular pode lançar luz sobre o envelhecimento e as doenças relacionadas à idade

20 de dezembro de 2012

LA JOLLA, CA—Para que os humanos cresçam e substituam e curem os tecidos danificados, as células do corpo devem se reproduzir continuamente, um processo conhecido como “divisão celular”, pelo qual uma célula se torna duas, duas se tornam quatro e assim por diante. Uma questão-chave da pesquisa biomédica é como os cromossomos, que são duplicados durante a divisão celular para que cada célula filha receba uma cópia exata do genoma de uma pessoa, são organizados durante esse processo.

Agora, cientistas do Instituto Salk descobriram uma nova característica da divisão celular humana que pode ajudar a explicar como nosso DNA é organizado no núcleo à medida que as células se reproduzem. Eles descobriram que os telômeros, tampas moleculares que protegem as extremidades dos cromossomos, se movem para a borda externa do núcleo da célula depois de terem sido duplicados.

Embora as implicações dessa reorganização espacial dos telômeros ainda não sejam claras, as descobertas podem lançar luz sobre como nossos genes são regulados e como os programas de expressão gênica são alterados durante a divisão celular, um passo importante para entender o envelhecimento e as doenças decorrentes de mutações genéticas. como o câncer.

“O que descobrimos é que os telômeros não apenas protegem nossos cromossomos, mas também ajudam a organizar nosso material genético no núcleo”, diz Jan Karlseder, professor do Laboratório de Biologia Molecular e Celular de Salk e da cadeira Donald e Darlene Shiley. “Isso é importante porque a posição tridimensional do DNA no núcleo influencia os perfis de expressão gênica e como o genoma se transforma ao longo do tempo.”

Os telômeros, uma combinação de proteínas e DNA, são cruciais na replicação do DNA, supressão de tumores e envelhecimento. Cada vez que uma célula humana primária se divide, seus telômeros ficam mais curtos, até que telômeros criticamente curtos levam as células à autodestruição. Grande parte da pesquisa de Karlseder se concentrou na compreensão da dinâmica dos telômeros, a fim de desenvolver maneiras de influenciar o processo de envelhecimento e, como resultado, restringir o crescimento de células cancerígenas.

Além de explorar o envolvimento dos telômeros nas doenças do envelhecimento prematuro e nas interações entre a maquinaria de dano ao DNA e os telômeros, Karlseder estuda o papel dos telômeros durante o ciclo celular. Estudos anteriores em células humanas mostraram que os telômeros mudam de posição durante a divisão celular, sugerindo que eles também podem desempenhar um papel na organização do DNA no núcleo. Mas esses estudos forneceram apenas instantâneos isolados de telômeros em vários estágios do ciclo celular.

Em seu novo estudo, os pesquisadores do Salk usaram microscopia confocal avançada de células vivas com lapso de tempo para rastrear o movimento dos telômeros em tempo real ao longo do ciclo celular. Eles seguiram os telômeros por 20 horas em células vivas, marcando-os com moléculas que brilhavam sob o microscópio. Eles também registraram o movimento da cromatina, uma combinação de DNA e proteínas que forma os cromossomos.

Os cientistas descobriram que os telômeros moveram-se para a periferia externa do envelope nuclear de cada núcleo da célula filha à medida que se reuniam após a mitose, o estágio da divisão celular durante o qual o DNA da célula é duplicado para fornecer a cada célula filha sua própria cópia. Ao explorar as vias moleculares subjacentes, os pesquisadores determinaram que as interações entre duas proteínas, RAP1 e Sun1, parecem amarrar os telômeros ao envelope nuclear. O Sun1 sozinho também foi capaz de atrair os telômeros para o envelope nuclear, sugerindo que a proteína é essencial para o processo e que outros elementos podem substituir o RAP1 durante o tethering.

“A amarração dos telômeros ao envelope nuclear pode servir como um ponto de ancoragem para reorganizar a cromatina após cada divisão celular, de modo que nosso DNA esteja corretamente situado para a expressão gênica”, diz Karlseder. “Esse tethering também pode desempenhar um papel na manutenção dos telômeros, influenciando assim o envelhecimento, o desenvolvimento de câncer e outros distúrbios associados a danos no DNA. Planejamos explorar essas possibilidades em experimentos futuros”.

Outros pesquisadores do Salk Institute no papel foram Laure Crabbe, Anthony J. Cesare e James M. Kasuboski e James AJ Fitzpatrick do Waitt Advanced Biophotonics Center Core Facility.

A pesquisa foi apoiada pelo Fundação Glenn para Pesquisa Médica, National Institutes of Health (Grant 5T32CA009370-29), o Robert John Sabo Trust e o Fundação da Rua Highland.

Sobre o Salk Institute for Biological Studies:
O Salk Institute for Biological Studies é uma das mais proeminentes instituições de pesquisa básica do mundo, onde professores de renome internacional investigam questões fundamentais das ciências da vida em um ambiente único, colaborativo e criativo. Com foco na descoberta e na orientação de futuras gerações de pesquisadores, os cientistas da Salk fazem contribuições inovadoras para nossa compreensão do câncer, envelhecimento, Alzheimer, diabetes e doenças infecciosas, estudando neurociência, genética, biologia celular e vegetal e disciplinas relacionadas.

As realizações do corpo docente foram reconhecidas com inúmeras honras, incluindo Prêmios Nobel e associações na Academia Nacional de Ciências. Fundado em 1960 pelo pioneiro da vacina contra a poliomielite Jonas Salk, MD, o Instituto é uma organização independente sem fins lucrativos e um marco arquitetônico.