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Como um fio bem enrolado em um carretel, o DNA é enrolado em histonas e empacotado em estruturas chamadas nucleossomos. Cientistas do St. Jude Children’s Research Hospital estão explorando como um tipo de fator de transcrição chamado fator de transcrição pioneiro acessa o DNA mesmo quando está bem enrolado. Seu trabalho revelou como a paisagem epigenética influencia a ligação do fator de transcrição. Problemas com a transcrição foram implicados em vários tipos de câncer, portanto, essa compreensão mais detalhada do processo pode ajudar no desenvolvimento de terapias futuras. O estudo foi publicado hoje na Natureza.
O empacotamento do nucleossomo do DNA pode bloquear fisicamente os fatores de transcrição que regulam a expressão gênica de acessar seus locais de ligação. Restringir o acesso ao DNA é parte integrante de como a transcrição é regulada. No entanto, os fatores de transcrição pioneiros podem se ligar ao seu pedaço alvo de DNA mesmo dentro da cromatina compactada e também são conhecidos por promover a ligação de outros fatores de transcrição.
Entre os fatores de transcrição pioneiros estão os chamados fatores de Yamanaka, que incluem Oct4 e são usados para induzir pluripotência (a capacidade de dar origem a diferentes tipos de células). Como os fatores de transcrição pioneiros acessam o DNA fortemente enrolado não estava claro. Para entender melhor o processo, os cientistas do St. Jude usaram microscopia crioeletrônica (cryo-EM) e bioquímica para investigar como o Oct4 interage com os nucleossomos.
“Com base em trabalhos anteriores para entender o comportamento dinâmico dos nucleossomos, queríamos entender como outros fatores podem utilizar essas mudanças dinâmicas para acessar a cromatina”, disse o autor correspondente Mario Halic, Ph.D., Departamento de Biologia Estrutural de St. Jude. “O Oct4 não se ligou onde prevíamos – em vez de se ligar dentro do nucleossomo, descobrimos que se ligou um pouco do lado de fora”.
“Uma das principais descobertas é que as modificações epigenéticas podem afetar a ligação e a cooperatividade do fator de transcrição”, acrescentou Halic. “O estado epigenético existente da cromatina pode determinar como os fatores de transcrição se ligarão cooperativamente à cromatina”.
O impacto epigenético
Os resultados mostram que a primeira ligação da molécula Oct4 “fixa” o nucleossomo em uma posição que aumenta a exposição de outros sítios de ligação, promovendo assim a ligação de fatores de transcrição adicionais e explicando a cooperatividade do fator de transcrição. as interações promovem a abertura da cromatina e influenciam a cooperatividade. Seu trabalho também mostrou que as modificações na histona H3K27 afetam o posicionamento do DNA em 4 de outubro. Essas descobertas explicam como a paisagem epigenética pode regular a atividade do Oct4 para garantir a programação celular adequada.
Notavelmente, os pesquisadores usaram sequências endógenas de DNA humano em vez de sequências artificiais para montar seus nucleossomos. Isso permitiu que eles estudassem a natureza dinâmica do nucleossomo, apesar de ser mais difícil de trabalhar.
“Neste trabalho, usamos seqüências reais de DNA genômico para estudar fatores de transcrição no contexto de onde eles funcionam”, disse o primeiro autor Kalyan Sinha, Ph.D., Departamento de Biologia Estrutural de St. Jude. “Essa estratégia nos permitiu descobrir que o primeiro evento de ligação do Oct4 posiciona o DNA nucleossômico de uma maneira que permite a ligação cooperativa de moléculas Oct4 adicionais a locais internos. Além disso, observamos interações emocionantes com as caudas das histonas e vimos que as modificações das histonas podem alterar essas interações. Juntas, essas descobertas fornecem novos insights sobre a atividade pioneira de 4 de outubro.”
“As modificações das histonas afetam como o DNA é posicionado e como os fatores de transcrição podem se ligar cooperativamente”, acrescentou Sinha, “o que significa que nas células, se você tiver a mesma sequência de DNA, diferentes modificações epigenéticas podem resultar em diferentes efeitos combinatórios na ligação do fator de transcrição”.
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