O DNA tem apenas metade do tamanho dos cromossomos. Tudo o resto é uma concha de funcionalidade desconhecida

Modelo tridimensional do quarto cromossomo humano

Na escola, fomos ensinados que o núcleo de cada célula contém estruturas filamentosas chamadas cromossomos nos quais os genes são armazenados - unidades de hereditariedade organizadas em uma ordem linear. Os genes são codificados como parte de uma macromolécula de DNA. Mas nem tudo é tão simples quanto parece.

Desde o momento em que foram descobertos em 1882, os cromossomos passaram por um estudo minucioso e cuidadoso, incluindo o uso de microscópios ópticos e eletrônicos. Surpreendentemente, os cientistas ainda não são capazes de entender claramente como sua estrutura está organizada.

Durante décadas, os cientistas se concentraram na pesquisa, principalmente na cromatina. Esta é a principal substância funcional dos cromossomos, que é um complexo de DNA, RNA e proteínas. É na composição da cromatina que a informação genética é realizada, bem como a replicação e reparo do DNA.

Um dos principais quebra-cabeças é como ocorre a embalagem da cromatina (dobrável). Durante muito tempo, assumiu-se que a embalagem ocorre aleatoriamente, mas outras teorias surgiram recentemente. Alguns cientistas sugerem que a embalagem ocorre com base em um polímero fundido . Há opiniões de que os cromossomos passam por uma cadeia de processos de empacotamento interconectados, do enrolamento do parafuso ao redor do nucleossomo , a uma fibra solenoidal de 30 nm e depois a uma espiral maior. Afinal, existe uma terceira classe de teorias que sugerem que os cromossomos consistem em ciclos de cromatina retidos por proteínas não-histonas .

O último dos modelos listados da estrutura cromossômica recebeu recentemente confirmação adicional. Em 2013, métodos avançados de microscopia demonstraram claramente como uma matriz linear de loops de cromatina é formada no núcleo da célula (veja o artigo de Natalia Naumova da Universidade de Massachusetts e colegas publicados na revista Science ). O vídeo mostra mais como ocorre a auto-organização cromossômica.

Organização dos cromossomos mitóticos (material que acompanha um artigo de Natalya Naumova e colegas em 2013)


No entanto, todos esses estudos de cromatina ignoraram amplamente a fina camada superficial, que foi descoberta nos cromossomos pelo método da microscopia clássica em 1968 . Essa camada periférica foi pouco estudada e sua composição e estrutura permaneceram quase desconhecidas. Por padrão, supunha-se que esse fosse apenas algum tipo de massa amorfa que aderisse aos cromossomos.

O problema é que podemos estudar os cromossomos apenas em determinadas condições, para que não tenhamos uma idéia clara de como eles realmente se parecem.

Um grupo de cientistas britânicos da Universidade de Edimburgo estuda o revestimento externo dos cromossomos há vários anos. Alguns anos atrás, eles provaram que a montagem da parte externa do cromossomo requer necessariamente a presença da proteína Ki-67. Os cientistas sugeriram que os revestimentos cromossômicos são feitos usando essa proteína.

Um novo estudo realizado por um grupo de cientistas contém os resultados da modelagem em 3D da estrutura do cromossomo, além de uma descrição da concha. Segundo os cientistas, esse material representa 47% do volume cromossômico. Ao mesmo tempo, a funcionalidade deste material ainda não está clara.

Presumivelmente, os cromossomos individuais devido à membrana são isolados um do outro durante o processo principal da divisão celular. Provavelmente, esse material também ajuda a evitar erros de divisão celular. Sabe-se que alguns tipos de tumores cancerígenos e doenças congênitas humanas estão associados a essa divisão errônea.

Pela primeira vez na história da ciência, os cientistas compilaram modelos 3D detalhados de todos os 46 cromossomos humanos. Isso foi possível devido ao uso do novo método 3-D-CLEM, que combina microscopia óptica e eletrônica e permite que os cromossomos sejam gravados com resolução sem precedentes.


Descrição esquemática de todas as etapas do processo 3-D-CLEM, que leva de 5,5 a 19,5 dias e,

como resultado, os cientistas simularam o comprimento, largura, área de superfície, volume e densidade de empacotamento do DNA nos cromossomos.



"O método de visualização que desenvolvemos para o estudo dos cromossomos é verdadeiramente revolucionário", dizDr. Daniel Booth, da Universidade de Edimburgo. “Pela primeira vez, a estrutura de todos os 46 cromossomos humanos que estudamos nos fez repensar a idéia de que eles consistem quase inteiramente de cromatina. Essa suposição permaneceu inalterada por quase 100 anos. ”

De fato, a cromatina representa apenas 53% a 70% dos cromossomos. Tudo o resto é uma concha muito mais espessa do que o esperado.

Compreender a estrutura dos cromossomos e da membrana, bem como o processo de divisão, ajudará a estudar e impedir o desenvolvimento de certas doenças.

O trabalho científico foi publicado em 10 de novembro de 2016 na revista Molecular Cell (doi: 10.1016 / j.molcel.2016.10.009, pdf ).

Source: https://habr.com/ru/post/pt399449/