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Raro DNA de hélice quádrupla encontrado em células humanas vivas com sondas brilhantes
O DNA geralmente tem a forma clássica de dupla hélice de duas fitas enroladas uma na outra. Embora o DNA possa formar algumas formas mais exóticas em tubos de ensaio, poucas são vistas em células vivas reais.
Por Hayley Dunning - 08/01/2021


DNA de hélice quádrupla. Crédito: Imperial College London

Novas sondas permitem que os cientistas vejam o DNA de quatro fitas interagindo com moléculas dentro de células humanas vivas, desvendando seu papel nos processos celulares.

O DNA geralmente tem a forma clássica de dupla hélice de duas fitas enroladas uma na outra. Embora o DNA possa formar algumas formas mais exóticas em tubos de ensaio, poucas são vistas em células vivas reais.

No entanto, o DNA de quatro fitas, conhecido como G-quadruplex, foi recentemente visto se formando naturalmente em células humanas . Agora, em uma nova pesquisa publicada hoje na Nature Communications , uma equipe liderada por cientistas do Imperial College London criou novas sondas que podem ver como os quadruplexes G estão interagindo com outras moléculas dentro das células vivas.

G-quadruplexes são encontrados em concentrações mais altas nas células cancerosas, portanto, acredita-se que desempenhem um papel na doença. As sondas revelam como os quadruplexes G são 'desenrolados' por certas proteínas e também podem ajudar a identificar moléculas que se ligam aos quadruplexes G, levando a potenciais novos alvos de drogas que podem interromper sua atividade.

Agulha num palheiro

Um dos autores principais, Ben Lewis, do Departamento de Química do Imperial, disse: "Uma forma diferente de DNA terá um impacto enorme em todos os processos que a envolvem - como ler, copiar ou expressar informações genéticas.

"Há evidências de que os quadruplexes G desempenham um papel importante em uma ampla variedade de processos vitais para a vida e em uma série de doenças, mas o elo que faltava era imaginar essa estrutura diretamente nas células vivas."

Os quadruplexes G são raros dentro das células, o que significa que as técnicas padrão para detectar essas moléculas têm dificuldade em detectá-las especificamente. Ben Lewis descreve o problema como "como encontrar uma agulha em um palheiro, mas a agulha também é feita de feno".

Para resolver o problema, pesquisadores dos grupos Vilar e Kuimova do Departamento de Química do Imperial se uniram ao grupo Vannier do Instituto de Ciências Médicas de Londres do Medical Research Council.

Mapa de microscopia de imagem de duração da fluorescência do DNA nuclear em
células vivas coradas com a nova sonda. As cores representam tempos de vida
de fluorescência entre 9 (vermelho) e 13 (azul) nanossegundos.
Crédito: Imperial College London

Eles usaram uma sonda química chamada DAOTA-M2, que fica fluorescente (acende) na presença de G-quadruplexes, mas em vez de monitorar o brilho da fluorescência, eles monitoraram quanto tempo essa fluorescência dura. Este sinal não depende da concentração da sonda ou dos G-quadruplexes, o que significa que pode ser usado para visualizar de forma inequívoca essas moléculas raras.
 
A Dra. Marina Kuimova, do Departamento de Química do Imperial, disse: "Ao aplicar esta abordagem mais sofisticada, podemos remover as dificuldades que impediram o desenvolvimento de sondas confiáveis ​​para esta estrutura de DNA."

Olhando diretamente nas células vivas

A equipe usou suas sondas para estudar a interação de G-quadruplexes com duas proteínas helicase - moléculas que 'desenrolam' estruturas de DNA. Eles mostraram que se essas proteínas helicases fossem removidas, mais G-quadruplexes estariam presentes, mostrando que as helicases desempenham um papel no desenrolamento e, portanto, quebrando G-quadruplexes.

O Dr. Jean-Baptiste Vannier, do MRC London Institute of Medical Sciences e do Institute of Clinical Sciences at Imperial, disse: "No passado, tínhamos que confiar na observação de sinais indiretos do efeito dessas helicases, mas agora nós dê uma olhada neles diretamente dentro das células vivas. "

Eles também examinaram a capacidade de outras moléculas de interagir com quadruplexes G em células vivas. Se uma molécula introduzida em uma célula se liga a essa estrutura de DNA, ela desloca a sonda DAOTA-M2 e reduz seu tempo de vida, ou seja, quanto tempo dura a fluorescência.

Isso permite que as interações sejam estudadas dentro do núcleo das células vivas e que mais moléculas, como as que não são fluorescentes e não podem ser vistas ao microscópio, sejam melhor compreendidas.

O professor Ramon Vilar, do Departamento de Química do Imperial, explicou: "Muitos pesquisadores têm se interessado no potencial das moléculas de ligação do G-quadruplex como drogas potenciais para doenças como o câncer. Nosso método ajudará a progredir na compreensão desses novos potenciais drogas."

Peter Summers, outro autor principal do Departamento de Química do Imperial, disse: "Este projeto tem sido uma oportunidade fantástica de trabalhar na interseção da química, biologia e física. Não teria sido possível sem a experiência e a estreita relação de trabalho de todos os três grupos de pesquisa. "

Os três grupos pretendem continuar trabalhando juntos para melhorar as propriedades de sua sonda e explorar novos problemas biológicos e iluminar ainda mais as funções dos quadruplexes G dentro de nossas células vivas . A pesquisa foi financiada pelo Fundo de Excelência da Imperial para Pesquisa de Fronteira.

 

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