Como a linha enrolada em torno de uma bobina, o DNA é enrolado em histonas e embalado em estruturas chamadas nucleossomos. Cientistas do Hospital de Pesquisa Infantil St. Jude estão explorando como um tipo de fator de transcrição chamado fator de transcrição pioneiro acessa o DNA, mesmo quando é fortemente enrolado. Seu trabalho revelou como a paisagem epigenética influencia a ligação ao fator de transcrição. Os problemas com a transcrição foram implicados em vários cânceres, portanto, esse entendimento mais detalhado do processo pode ajudar no desenvolvimento de futuras terapêuticas. O estudo foi publicado hoje em Natureza.
A embalagem 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 à sua peça de DNA alvo, 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 a pluripotência (a capacidade de dar origem a diferentes tipos de células). Como os fatores de transcrição pioneiros acessam o DNA fortemente enrolado. Para entender melhor o processo, os cientistas de St. Jude usaram microscopia crio-elétron (crio-EM) e bioquímica para investigar como o OCT4 interage com os nucleossomos.
“Com base no trabalho anterior para entender o comportamento dinâmico dos nucleossomos, queríamos entender como outros fatores poderiam utilizar essas mudanças dinâmicas para acessar a cromatina”, disse o autor correspondente Mario Halic, Ph.D., St. Jude? Departamento de Biologia Estrutural. “O outubro não se ligou aonde precedemos que pudesse – em vez de se ligar dentro do nucleossomo, descobrimos que ele estava um pouco lá 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 à molécula de Oct4 “corrige” o nucleossomo em uma posição que aumenta a exposição de outros locais de ligação, promovendo assim a ligação de fatores de transcrição adicionais e explicando a cooperatividade do fator de transcrição. Seu trabalho também mostrou que as modificações na histona H3K27 afetam o posicionamento do DNA até outubro. Esses achados explicam como a paisagem epigenética pode regular a atividade da OCT4 para garantir a programação celular adequada.
Notavelmente, os pesquisadores usaram sequências endógenas de DNA humano em vez de seqüências artificiais para montar seus nucleossomos. Isso lhes permitiu estudar a natureza dinâmica do nucleossomo, apesar de ser mais desafiador 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 adicionais de Oct4 a locais internos. Além disso, observamos interações emocionantes com as caudas de histonas e visto que as modificações de histonas podem alterar essas interações.
“As modificações de histonas afetam como o DNA está posicionado e como os fatores de transcrição podem se ligar cooperativamente”, acrescentou Sinha, “, que significa nas células, se você tiver a mesma sequência de DNA, diferentes modificações epigenéticas podem resultar em diferentes efeitos combinatórios na ligação ao fator de transcrição”.