Cento e cinquenta anos atrás, Dmitri Mendeleev criou a tabela peria³dica, um sistema para classificar a¡tomos com base nas propriedades de seus núcleos. Esta semana, uma equipe de bia³logos que estuda a a¡rvore da vida revelou um novo sistema de classificação para núcleos celulares e descobriu um manãtodo para transmutar um tipo de núcleo celular em outro.

O estudo, que aparece esta semana na revista Science , surgiu de vários esforços antes separados. Um deles centrou-se no DNA Zoo, um consãorcio internacional que abrange dezenas de instituições, incluindo Baylor College of Medicine, o Centro de Fa­sica Tea³rica Biola³gica (CTBP) apoiado pela National Science Foundation na Rice University, na University of Western Australia e no SeaWorld.

Cientistas da equipe do DNA Zoo trabalharam juntos para classificar como os cromossomos, que podem ter vários metros de comprimento, se dobram para caber nos núcleos de diferentes espanãcies da a¡rvore da vida.

"Quer estivanãssemos olhando minhocas ou ouria§os, asca­dias ou corais, continua¡vamos vendo os mesmos padraµes de dobra surgindo", disse a Dra. Olga Dudchenko, co-autora do novo estudo e membro do Centro de Arquitetura do Genoma em Baylor e CTBP.

Eventualmente, a equipe percebeu que estava apenas vendo variantes em dois projetos nucleares gerais. "Em algumas espanãcies, os cromossomos são organizados como as pa¡ginas de um jornal impresso, com as margens externas de um lado e o meio dobrado do outro", explicou Dudchenko, que também écodiretor do DNA Zoo. "E então, em outras espanãcies, cada cromossomo éamassado em uma pequena bola."

"Então, ta­nhamos um quebra-cabea§a", disse o Dr. Erez Lieberman Aiden, professor associado de genanãtica humana e molecular e Scholar McNair emanãrito em Baylor, codiretor do DNA Zoo e autor saªnior do novo estudo. "Os dados indicam que, ao longo da evolução, as espanãcies podem alternar entre um tipo e outro. Na³s nos perguntamos: qual éo mecanismo de controle? Seria possí­vel transformar um tipo de núcleo em outro no laboratório?" Aiden também édiretor do Center for Genome Architecture e pesquisador saªnior do CTBP.

Enquanto isso, uma equipe independente da Holanda descobriu algo inesperado. "Eu estava fazendo experimentos com uma protea­na chamada condensina II, que saba­amos que desempenha um papel na divisão das células", disse Claire Hoencamp, coautora do estudo e membro do laboratório do Dr. Benjamin Rowland na Netherlands Cancer Instituto. "Mas observamos a coisa mais estranha: quando alteramos a protea­na nas células humanas, os cromossomos se reorganizaram totalmente. Foi desconcertante!"

As duas equipes se encontraram em uma conferaªncia nas montanhas austra­acas, onde Rowland apresentou o trabalho mais recente de seu laboratório. Eles logo perceberam que Hoencamp havia descoberto uma maneira de converter células humanas de um tipo nuclear para outro.

"Quando olhamos para os genomas sendo estudados no DNA Zoo, descobrimos que a evolução já havia feito nosso experimento muitas e muitas vezes! Quando mutações em uma espanãcie quebram a condensação II, geralmente invertem toda a arquitetura do núcleo", disse Rowland , autor saªnior do estudo. "a‰ sempre um pouco decepcionante ser descoberto em um experimento, mas a evolução teve uma longa vantagem inicial."

A equipe decidiu trabalhar em conjunto para confirmar o papel da condensina II. Mas então a pandemia COVID-19 atingiu, e grande parte do mundo fechou.

"Sem acesso aos nossos laboratórios, ficamos com apenas uma maneira de estabelecer o que a condensina II estava fazendo", disse Hoencamp. "Precisa¡vamos criar um programa de computador que pudesse simular os efeitos da condensina II na cadeia de centenas de milhões de letras genanãticas que compõem cada cromossomo humano."

A equipe recorreu ao Dr. JoséOnuchic, o Harry C. e Olga K. Wiess Chair of Physics at Rice. "Nossas simulações mostraram que, ao destruir a condensina II, vocêpoderia fazer um núcleo humano se reorganizar para se parecer com um núcleo de mosca", disse Onuchic, codiretor do CTBP, que inclui colaboradores em Rice, Baylor, Northeastern University e outras instituições em Houston e Boston .

As simulações foram realizadas por uma equipe do laboratório de Onuchic no CTBP, liderada pelo bolsista de pa³s-doutorado e coautora Dra. Sumitabha Brahmachari, trabalhando com o Dr. Vinicius Contessoto, um ex-pa³s-doutorado do CTBP, e a Dra. Michele Di Pierro, uma saªnior do CTBP investigador e atualmente professor assistente da Northeastern University.

"Comea§amos com uma pesquisa incrivelmente ampla de 2 bilhaµes de anos de evolução nuclear", disse Brahmachari. "E descobrimos que muito se resume a um mecanismo simples, que podemos simular e recapitular, por conta própria, em um tubo de ensaio. a‰ um passo empolgante no caminho para um novo tipo de engenharia de genoma - em 3D! "