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Uma proteína em particular está no cerne do desenvolvimento cerebral. Um regulador mestre da expressão genética, ela está abundantemente presente nos neurônios, e sua disfunção é a base da síndrome de Rett, um distúrbio neurológico que pode levar a graves deficiências cognitivas, motoras e de comunicação em meninas.
No entanto, os cientistas entendem pouco sobre como essa proteína essencial faz seu trabalho crucial no nível molecular. “As pessoas têm estudado essa proteína por décadas sem um consenso claro sobre o que ela está fazendo, onde se liga ao genoma e quais são suas funções”, diz Shixin Liu, da Rockefeller. Agora, um novo estudo do laboratório de Liu esclarece como a proteína, MeCP2, interage com o DNA e a cromatina.
Os resultados, publicados em Natureza Biologia Estrutural e Molecularfornecem insights sobre esse regulador mestre e podem abrir novos caminhos para terapias para a síndrome de Rett.
Uma abordagem de molécula única
MeCP2 é uma proteína desconcertante. Embora tenha sido implicada na regulação de milhares de genes e seja considerada central para o neurodesenvolvimento, seus impactos no genoma são difíceis de definir. Quantidades insuficientes de MeCP2 do tipo selvagem causam a síndrome de Rett, mas o excesso da proteína causa um distúrbio neurológico debilitante semelhante, conhecido como síndrome de duplicação de MeCP2.
Liu e colegas alavancaram a área de especialização do laboratório — observação e manipulação de molécula única — para entender melhor como o MeCP2 interage com o DNA. A equipe amarrou um único pedaço de DNA entre esferas plásticas de tamanho micrométrico, cada uma segurada por um laser, e então incubou o DNA com proteínas MeCP2 marcadas com fluorescência. Essa configuração permitiu que eles monitorassem de perto o comportamento dinâmico da misteriosa proteína.
Geralmente, acredita-se que o MeCP2 desempenhe suas funções exclusivamente no DNA modificado com citosinas metiladas, mas faltou uma explicação satisfatória para tal especificidade, já que a proteína se liga prontamente ao DNA metilado e não metilado. A equipe descobriu que o MeCP2 se move dinamicamente no DNA, mas de uma maneira muito mais lenta em relação à forma metilada em comparação à não metilada. Eles mostraram ainda que essas dinâmicas diferentes permitem que o MeCP2 recrute outra proteína reguladora de forma mais eficiente para locais de DNA metilado, o que pode ajudar a direcionar as funções reguladoras do gene do MeCP2 para locais específicos dentro do genoma. “Descobrimos que o MeCP2 desliza ao longo do DNA não metilado mais rápido, e essa diferença no movimento pode explicar como a proteína diferencia entre os dois”, diz Gabriella Chua, uma bolsista de pós-graduação no laboratório de Liu e primeira autora do artigo.
“Isso é algo que só poderíamos ter descoberto usando uma técnica de molécula única.”
Liu e Chua também descobriram que a proteína mostra uma preferência muito forte por se ligar a nucleossomos, carretéis de proteína que são enrolados com nosso material genético, em vez de DNA puro. Essa interação estabiliza os nucleossomos de uma forma que pode suprimir a transcrição genética — sugerindo como o próprio MeCP2 regula a expressão genética.
Novo pensamento sobre nucleossomos
A observação de que um regulador mestre da expressão genética interage mais frequentemente com essa forma compacta de DNA ajuda a reforçar uma noção crescente de que os nucleossomos são muito mais do que “carretéis de armazenamento” inertes de DNA, e que os cientistas precisam começar a pensar na função do MeCP2 mais no contexto dos nucleossomos.
“Nossos dados são um dos exemplos mais definitivos desse fenômeno até o momento”, diz Liu. “Está claro que o MeCP2 prefere se ligar aos nucleossomos.” Dessa forma, o MeCP2 funciona como uma proteína de ligação à cromatina, contrastando com a visão convencional que o vê principalmente como uma proteína de ligação ao metil-DNA. Neste estudo, a equipe também se concentrou na parte da proteína que é responsável por sua atividade de ligação ao nucleossomo.
“O DNA puro é minoria — os nucleossomos são disseminados em nossos genomas”, diz Chua. “Vários estudos recentes demonstraram que os nucleossomos não são meramente barreiras passivas à transcrição, mas hotspots ativos para regulação genética.” Um exemplo particularmente marcante dessa funcionalidade do nucleossomo é como o MeCP2 interage com ele.
Em trabalhos futuros, a equipe planeja expandir além do presente estudo in vitro para examinar MeCP2 in vivo, onde as interações entre a proteína e o nucleossomo devem ser mais complexas. Eles também pretendem usar as técnicas descritas neste artigo para estudar melhor as muitas mutações MeCP2 que causam doenças como a síndrome de Rett. A esperança é que uma compreensão mais completa da proteína central para esta doença devastadora possa um dia levar a terapias. “Não há cura para Rett, mas a comunidade de pesquisadores que a estudam está determinada e energizada. Muitos acharam nossos dados intrigantes quando os compartilhamos com eles”, diz Chua. “Nossas descobertas destacam como a pesquisa básica pode ajudar a comunidade clínica a entender melhor uma doença.”
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