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Uma proteína que prepara o DNA para a replicação também evita que o processo de replicação fique fora de controle, de acordo com um novo estudo dos pesquisadores da Weill Cornell Medicine. A obra, publicada em 5 de janeiro na Célula Molecularresolve um mistério que há muito intriga os biólogos.
As células dos humanos e de todos os outros organismos superiores usam um sistema complexo de pontos de controle e proteínas de “licenciamento” para garantir que repliquem seus genomas precisamente uma vez antes de se dividirem. Na preparação para a divisão celular, as proteínas de licenciamento ligam-se a regiões específicas do DNA, designando-as como origens de replicação. Quando a fase de síntese de DNA do ciclo celular começa, a replicação começa apenas nesses locais licenciados e apenas inicia ou “dispara” uma vez, de acordo com o modelo atual.
Esse modelo estava faltando um ponto crucial, no entanto. “O mesmo fator que está permitindo que esse licenciamento aconteça só é degradado depois que essas origens de replicação são disparadas”, disse o autor sênior Dr. Tobias Meyer, professor Joseph Hinsey em biologia celular e de desenvolvimento na Weill Cornell Medicine. “Em princípio, a célula poderia carregar essas máquinas de licenciamento no DNA que já está replicado, então, em vez de duas cópias, você está obtendo três ou quatro cópias desse segmento do DNA, e essas células deveriam perder a integridade do genoma e morrer ou tornar-se canceroso.”
Descobrir como as células evitam esse destino tem sido complicado. “Precisávamos estudar eventos nos primeiros minutos da fase de síntese de DNA do ciclo celular, por isso é um período muito transitório”, disse o primeiro autor Nalin Ratnayeke, um estudante de pós-graduação que trabalhou neste projeto na Universidade de Stanford e na Weill Cornell Medicine no laboratório do Dr. Meyer. O laboratório mudou-se para Weill Cornell Medicine em 2020. Para resolver esse difícil problema experimental, Ratnayeke usou microscopia auxiliada por computador para monitorar milhares de células em crescimento simultaneamente, capturando as células replicantes no ato e analisando as atividades de seus fatores de licenciamento e replicação.
O trabalho revelou que um conhecido fator de licenciamento, o CDT1, não apenas licencia um segmento de DNA para se tornar uma origem de replicação, mas também atua como um freio para a replicação do DNA, impedindo o funcionamento de uma enzima de replicação essencial chamada CMG helicase. Para começar a sintetizar o DNA, as enzimas da célula devem primeiro quebrar o CDT1. “Mecanismos previamente propostos para coordenar essa transição da fase de licenciamento do ciclo celular para a fase de ativação do ciclo celular dependeram de fatores inibidores de licenciamento”, disse Ratnayeke, acrescentando que “o mecanismo que identificamos aqui é na verdade o oposto… O próprio fator de licenciamento CDT1 está impedindo a progressão da síntese de DNA”.
Para confirmar seus resultados, os cientistas colaboraram com colegas do Medical Research Council em Cambridge, Reino Unido, que descobriram que o mecanismo inibitório pode ser recapitulado em um sistema simplificado que reproduz todo o processo de síntese de DNA com componentes purificados em um tubo de ensaio. “Isso nos permitiu reconstituir todos os componentes para a síntese de DNA e provar que a helicase CMG é diretamente inibida pela CDT1”, disse o Dr. Meyer, que também é professor de bioquímica e membro do Sandra and Edward Meyer Cancer Center no Well Cornell Medicine.
Como falhas no licenciamento de replicação podem matar células ou torná-las cancerígenas, os resultados fornecem uma nova compreensão da saúde e da doença celular. “Trabalhos futuros para identificar mecanicamente o que está acontecendo com a inibição de Cdt1 fornecerão uma visão mais ampla da biofísica de como a helicase CMG funciona e identificará regiões específicas desse complexo que podem ser direcionadas com o uso de drogas”, disse Ratnayeke.
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