O DNA carrega uma carga elétrica negativa. Como objetos com cargas semelhantes geralmente se repelem, pode-se esperar que as moléculas de DNA se repelam. No entanto, dentro das células vivas, o ADN tem por vezes de entrar em contacto próximo e reconhecer sequências correspondentes. Estas interações são essenciais para processos que incluem a recombinação genética e o silenciamento de genes, e também podem desempenhar um papel no cancro.
Os cientistas têm agora uma visão extremamente detalhada de como isso acontece. Usando uma poderosa microscopia de força atômica, os pesquisadores observaram pequenos pedaços de DNA se alinharem com extraordinária precisão, combinando os sulcos uns dos outros. Simulações de computador revelaram o que torna possível esta estreita interacção: iões metálicos com carga positiva podem assentar nas ranhuras do ADN e servir como pequenas pontes moleculares entre as duas moléculas.
Íons pequenos ajudam o DNA a superar a repulsão
A professora Agnes Noy, da Escola de Física, Engenharia e Tecnologia da Universidade de York, co-liderou a pesquisa. Ele disse: “Esta descoberta pode ajudar os pesquisadores a identificar regiões do genoma especificamente envolvidas no emparelhamento do DNA. Essas regiões podem ser particularmente importantes quando as mutações perturbam os processos celulares normais e contribuem para o câncer”.
Os resultados fornecem suporte experimental para uma ideia chamada modelo “zíper de DNA”, proposta há quase vinte anos. O professor Alexey Kornyshev e seus colegas do Imperial College London sugeriram originalmente que os íons de sal que cercam o DNA poderiam produzir padrões alternados de carga elétrica. Esses padrões, de acordo com o modelo, ajudarão as moléculas vizinhas de DNA a se alinharem umas com as outras como duas escadas em espiral interligadas.
Até agora, este mecanismo proposto revelou-se difícil de observar diretamente.
Cientistas testam “zíper de DNA”
Para investigar o processo, os pesquisadores escanearam amostras de DNA com microscopia de força atômica, técnica capaz de mapear superfícies em escalas extremamente pequenas. Essas varreduras permitiram à equipe criar mapas topográficos detalhados mostrando como as moléculas de DNA estavam posicionadas.
Ao mesmo tempo, sofisticadas simulações computacionais seguiram átomos e íons individuais movendo-se ao redor do DNA. A combinação de ambas as abordagens deu aos investigadores uma visão direta do emparelhamento do ADN e uma forma de compreender as forças moleculares responsáveis por ele.
As simulações mostraram que íons metálicos duplamente carregados podem efetivamente se comportar como dois braços carregados. Cada íon pode interagir com ambas as moléculas de DNA simultaneamente, formando uma ponte através do espaço que as separa e ajudando a manter ambas as cadeias alinhadas.
O co-autor principal, Thomas Catley, da Escola de Materiais Químicos e Engenharia Biológica da Universidade de Sheffield, disse:”Foi incrível poder visualizar diretamente pela primeira vez um mecanismo há muito hipotetizado. As técnicas avançadas de imagem disponíveis para nós estão nos permitindo descobrir essas interações-chave do DNA, que têm impacto em muitos processos celulares importantes. “
O Dr. Victor Velasco-Barrelaza, da Universidade de Sheffield, que realizou as simulações, disse: “A microscopia mostra-nos o que acontece, mas as simulações permitem-nos descobrir os mecanismos moleculares por trás disso”.
Algumas sequências de DNA se ligam mais fortemente
Os pesquisadores também descobriram que o DNA não combina igualmente bem com todas as sequências. Algumas partes do ADN fizeram contactos muito mais fortes do que outras, criando pontos de acesso distintos onde duas hélices tinham maior probabilidade de se alinharem.
Esta descoberta pode ajudar os investigadores a identificar partes do genoma que estão especificamente envolvidas no reconhecimento e emparelhamento do ADN. Tais regiões podem ser particularmente importantes quando as mutações interferem na atividade celular normal e contribuem para o câncer.
Esta descoberta pode ter aplicações além da medicina. Dado que algumas sequências de ADN podem ser programadas para interagir mais fortemente do que outras, os cientistas poderão eventualmente tirar partido destas propriedades para criar estruturas de ADN optimizadas para a biotecnologia.
O estudo, “Imagens e mecanismos de reconhecimento de DNA-DNA mediados por íons divalentes”, foi publicado na revista Pesquisa de ácido nucleico.
