Tecnologia Científica

Imagens do Coração de uma Célula
A organização espacial tridimensional do núcleo é importante; varia entre células individuais e pode contribuir para diferenças nos estados celulares, por exemplo, o fenótipo de uma célula cerebral versus uma célula muscular.
Por Lori Dajose - 29/01/2021


Organização 3D do genoma em uma célula-tronco embrionária de camundongo. Cada ponto à esquerda representa um de> 2.000 loci genômicos direcionados por DNA seqFISH + em uma célula. As visualizações ampliadas são mostradas nos painéis do meio e direito.
Crédito: laboratório Cai

Aninhado profundamente no núcleo de cada uma de suas células está o que parece um truque de mágica: um metro e oitenta de DNA é empacotado em um espaço minúsculo 50 vezes menor que a largura de um cabelo humano. Como um fio longo e fino de espaguete genético, este projeto de DNA para todo o seu corpo é dobrado e compactado em estruturas chamadas cromossomos para caber neste espaço.

Também empacotadas no núcleo estão estruturas chamadas corpos nucleares, que são proteínas que agem como maquinaria celular. E como se o DNA e os corpos nucleares não fossem suficientes para caber no volume de um micrômetro cúbico, fitas de RNA (que serão traduzidas em proteínas) também estão amontoadas em todo o núcleo.

A organização espacial tridimensional do núcleo é importante; varia entre células individuais e pode contribuir para diferenças nos estados celulares, por exemplo, o fenótipo de uma célula cerebral versus uma célula muscular.

Agora, os pesquisadores da Caltech desenvolveram uma nova técnica para criar imagens do núcleo, incluindo seu DNA, RNA e proteínas. Essa nova tecnologia, batizada de seqFISH +, permitiu à equipe fazer várias novas descobertas sobre como a organização do núcleo influencia o funcionamento celular.

Um artigo sobre a pesquisa, conduzido no laboratório de Long Cai , professor de biologia e engenharia biológica, foi publicado na revista Nature em 27 de janeiro de 2021. Cai é um membro do corpo docente afiliado do Tianqiao and Chrissy Chen Institute for Neuroscience em Caltech .

Outras tecnologias desenvolvidas recentemente podem determinar quais genes estão ativos em uma célula e em quais níveis, mas a vantagem do seqFISH + é que ele pode realmente ver a estrutura nuclear intacta em alta resolução. Embora as tecnologias de imagem anteriores pudessem ilustrar a organização dos cromossomos, elas não podiam criar imagens de DNA, RNA e proteínas simultaneamente em grande escala. seqFISH + integra os pontos fortes dessas tecnologias existentes para dar uma imagem completa do que está acontecendo no núcleo de uma célula.

"A estrutura dos cromossomos de uma célula e a forma como seu DNA é dobrado têm impactos na expressão e regulação do gene", explica Cai. "Muitos estudos de cromossomos são feitos calculando a média de muitas células, mas a expressão do gene varia entre as diferentes células. Nós realmente precisávamos de uma maneira de ver a estrutura dentro de células individuais."

"Existem muitas aplicações possíveis do seqFISH +. Por exemplo, ele pode ser usado para responder a perguntas como se o núcleo de uma célula cancerosa se parece com o de uma célula saudável", diz Cai. "Podemos usar o seqFISH + para criar imagens de núcleos celulares em tecidos intactos sem ter que dividi-los em células individuais."

De fato, conforme descrito no artigo da Nature , seqFISH + já forneceu insights sobre a estrutura nuclear. A equipe, liderada pelo estudante de graduação Yodai Takei, apresenta várias novas descobertas importantes.

Primeiro, a equipe descobriu que certos segmentos do genoma são posicionados na superfície das estruturas do corpo nuclear. O estudo sugere que essas regiões não são aleatórias; a proximidade espacial com corpos nucleares ocorre de forma determinística, o que significa que os corpos nucleares poderiam atuar como "andaimes" do genoma. Em segundo lugar, a equipe descobriu que essas interfaces entre o DNA e os corpos nucleares concordam com as descobertas anteriores sobre as interações DNA-proteína que foram descobertas com o ChIP-seq, uma tecnologia que foi desenvolvida no laboratório Caltech de Barbara Wold (PhD '78), Bren Professor de Biologia Molecular.

Finalmente, a equipe relatou que o estado nuclear é muito heterogêneo entre as diferentes células - mais do que se imaginava anteriormente - sugerindo direções para estudos futuros.

O artigo é intitulado " A genômica espacial integrada revela a arquitetura global de núcleos únicos ". Takei é o primeiro autor do estudo. Outros co-autores do Caltech são o técnico de pesquisa Jina Yun, o ex-bolsista de pós-doutorado Noah Ollikainen, o assistente técnico de pesquisa Nico Pierson, o estudante de graduação Jonathan White, o ex-bolsista de pós-doutorado Sheel Shah (PhD '17), Julian Thomassie (BS '18), o estudante de graduação Chee -Huat Linus Eng, Professor de Biologia e Investigador do Heritage Medical Research Institute Mitchell Guttmane Long Cai. Outros co-autores são Shiwei Zheng, Shengbao Suo e Guo-Cheng Yuan, do Dana-Farber Cancer Institute e da Harvard TH Chan School of Public Health. O financiamento foi fornecido pelos Institutos Nacionais de Saúde e pelo Centro de Descobertas da Fundação Paul G. Allen Frontiers.

 

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