Como é a oficina de reparo do DNA? Nova pesquisa identifica as ferramentas

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Uma equipe de cientistas identificou como as moléculas de DNA danificadas são reparadas no genoma humano, uma descoberta que oferece novas idéias sobre como o corpo trabalha para garantir sua saúde e como responde a doenças decorrentes do DNA comprometido.

“Nossas descobertas mostram que um processo de reparo de DNA é muito robusto, projetado através de assinaturas estruturais e dinâmicas complexas onde ocorrem quebras”, explica Alexandra Zidovska, professora assistente do Departamento de Física da Universidade de Nova York e autora sênior do estudo, que aparece em Revista Biofísica .

  • “Esse conhecimento pode nos ajudar a entender o genoma humano em estados saudáveis ​​e afetados por doenças – e potencialmente oferecer um caminho para melhorar o diagnóstico e a terapia do câncer”.
  • O genoma humano consiste, notavelmente, em dois metros de moléculas de DNA empacotadas dentro de um núcleo celular, com dez micrômetros de diâmetro.
  • O empacotamento adequado do genoma é crítico para sua função biológica saudável, como expressão gênica, duplicação de genoma e reparo do DNA. No entanto, tanto a estrutura quanto a função do genoma são altamente sensíveis a danos no DNA, que podem variar de alterações químicas na molécula de DNA a quebra total da conhecida hélice dupla do DNA.
  • No entanto, esse dano não é incomum. De fato, o genoma humano sofre cerca de mil eventos de dano ao DNA todos os dias, que podem ocorrer naturalmente ou devido a fatores externos, como produtos químicos ou radiação UV (por exemplo, luz solar).
  • Mas, se não for reparado, os danos no DNA podem ter consequências devastadoras para a célula, observa Zidovska e o coautor do estudo Jonah Eaton, estudante de doutorado da NYU.
  • Por exemplo, uma quebra de fita dupla do DNA não reparada pode levar à morte celular ou câncer; portanto, os mecanismos de reparo do DNA são cruciais para a saúde e sobrevivência das células.
  • No estudo do Biophysical Journal , os cientistas examinaram a formação, o comportamento e o movimento das quebras de fita dupla do DNA no genoma humano.
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Para fazer isso, eles induziram quimicamente quebras de DNA dentro de células humanas vivas, rastreando essas quebras usando marcadores fluorescentes.

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O movimento das quebras de DNA e do genoma no espaço e no tempo.

Com a ajuda das tecnologias de microscopia e aprendizado de máquina, eles acompanharam o movimento das quebras de DNA e do genoma no espaço e no tempo.

Em sua análise de mais de 20.000 quebras de DNA em mais de 600 células, os pesquisadores descobriram que o genoma tende a mudar a natureza de sua embalagem em torno de uma quebra de DNA.

“Esse novo estado de empacotamento do DNA em reparo é diferente de qualquer estado de empacotamento encontrado para um DNA saudável”, diz Zidovska.

“Em torno de uma quebra de DNA, descobrimos que o DNA se torna mais denso que o DNA circundante, formando uma pequena ilha de DNA altamente condensado imerso no mar de DNA não condensado”.

 

Além disso, eles observaram que as quebras de DNA também se movem de uma maneira única – diferente da de partes não danificadas do genoma.

As ilhas de DNA condensado em torno de uma quebra de DNA se movem mais rápido que o DNA saudável, mas a mobilidade dessas ilhas depende fortemente de seu tamanho.

“O genoma humano é constantemente exposto a eventos que danificam a molécula de DNA”, observa Zidovska. “A célula possui processos de reparo robustos que trabalham para eliminar esses danos antes que possam causar câncer ou outras doenças.

Agora, temos uma melhor compreensão de como uma quebra de DNA se comporta de maneira diferente do DNA não danificado, o que nos permite não apenas obter insights nesses processos de reparo, mas também informa nossos esforços no diagnóstico e na terapia do câncer “.

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