A metilação do DNA é um processo no qual um grupo metil é ligado à base da citosina da molécula de DNA e uma maneira principal de o DNA ser epigeneticamente marcado. As modificações epigenéticas podem atuar como interruptores on-off para regular a expressão gênica e ajudar a gerar diversos tipos de células sem alterar a sequência de DNA subjacente. É assim que o corpo garante que os genes relacionados ao cérebro não sejam ativados em células cardíacas, por exemplo.
Por esse motivo, a manutenção do padrão de metilação do DNA é importante para garantir a função correta e consistente de cada tipo de célula. Mas isso não é feito fácil: o padrão de metilação do DNA pode mudar com o tempo, e isso está ligado a uma variedade de doenças. Uma é uma condição genética rara chamada imunodeficiência, instabilidade centromérica e síndrome de anomalias faciais (ICF), cujos sintomas incluem infecções respiratórias recorrentes, anomalias faciais e crescimento e cognição lentos.
Embora se saiba que mutações no CDCA7 O gene causa síndrome da ICF, pouco se sabia sobre a função molecular do gene. Agora, o Funabiki Lab da Universidade Rockefeller, em estreita colaboração com pesquisadores da Universidade de Tóquio e Universidade da cidade de Yokohama, identificou uma característica funcional única do CDCA7 que garante a herança precisa da metilação do DNA.
Os pesquisadores descobriram que o CDCA7 detecta a hemimetilação em eucariotos – uma descoberta importante, porque se pensa que a detecção de hemimetilação é realizada apenas apenas por uma proteína chamada UHRF1. Eles publicaram seus resultados em Avanços científicos.
“É uma descoberta incrível”, diz o co-primeiro autor Isabel Wassing, um pós-doutorado no laboratório de biologia cromossômica e celular, liderada por Hiro Funabiki. “Aprender que o CDCA7 também atua como sensor explica por que sua mutação leva a doenças como a síndrome da ICF e preenche uma grande lacuna no campo da epigenética. Mas também introduziu novas perguntas. Por que, por exemplo, a célula precisa de dois sensores de hemimetilação diferentes?”
Um estado de transição
Ciclos maciços de divisão celular, na qual uma célula parental é dividida em duas células filhas idênticas, dão origem aos trilhões de células que compõem o corpo humano. Replicação cuidadosa e segregação da molécula de DNA, empacotadas em cromossomos, permitem a herança precisa de instruções genéticas para cada nova célula filha.
A replicação do DNA é um processo complicado. No coração de um núcleo celular está a cromatina, um complexo de macromoléculas compostas por proteínas de DNA e histona de fita dupla, que o DNA envolve como uma corda em um ioiô para formar nucleossomos. Durante a replicação, a fita de DNA de fita dupla se desenrola em torno da histona e se divide em dois fios únicos; As polimerases de DNA costuram nucleotídeos complementares em cada fita, resultando em duas cópias da molécula de DNA de fita dupla.
No entanto, os grupos metil não são copiados automaticamente para a fita de DNA recém -sintetizada, tornando -a temporariamente hemimetilada: a antiga cadeia de DNA dos pais é metilada, enquanto os nucleotídeos recém -incorporados na fita de DNA filha não são, o que sinaliza que a manutenção da metilação de DNA é necessária. De fato, a detecção de hemimetilação por UHRF1 é o primeiro passo crucial; A proteína então recruta e ativa o DNA metiltransferase DNMT1, que deposita a marca metila na fita de DNA recém -sintetizada.
As apostas são altas, pois a capacidade da célula de sentir a presença de hemimetilação tem um prazo estrito: se o estado hemimetilado de DNA não for reconhecido antes da próxima rodada de replicação, a marca de metilação epigenética é permanentemente perdida.
O problema da cromatina
Os cientistas sabem que o acesso de muitas enzimas e proteínas de ligação ao DNA é restrito pela cromatina, incluindo aquelas necessárias para introduzir a metilação no DNA. Pesquisas anteriores do laboratório Funabiki mostraram que o CDCA7 forma um complexo com a proteína codificada pelo Infernos Gene, cujas mutações também causam síndrome da ICF. Hells é o chamado remodelação nucleossomo, que pode desembrulhar temporariamente a molécula de DNA do nucleossomo.
“Prevemos que o complexo CDCA7-Hells é importante para ajudar a célula a superar a barreira da heterocromatina compactada e tornar a molécula de DNA acessível à deposição da metilação”, explica Funabiki. “Mas existem muitos remodeladores de nucleossomos diferentes que são capazes de expor a molécula de DNA dessa maneira. Permaneceu um mistério para nós por que o CDCA7-Hells é o único complexo de remodelação de nucleossomos diretamente associado à manutenção de metilação do DNA. Agora que mostramos que esse cdcA7 recruta especificamente os infernos a hemimimilados.
Nesse novo modelo, o CDCA7 reconhece o DNA hemimetilado na cromatina e recruta os infernos para o local, que, como remodelação de nucleossomo, desliza o nucleossomo fora do caminho, revelando o local de hemimetilação para UHRF1.
A transferência da detecção de hemimetilação indica que o cdCA7 é melhor na detecção de hemimetilação dentro da densa heterocromatina do que o UHRF1. Ele também explica a necessidade da célula de dois sensores diferentes. “Para que esses sensores detectem a hemimetilação, eles devem ligar direta e seletivamente o substrato de DNA hemimimetilado”, diz Wassing. “O CDCA7 parece exclusivamente capaz de fazer isso enquanto o DNA estiver enrolado ao redor do nucleossomo. Sem ele, o UHRF1 seria cego para o sinal de hemimetilação dentro das partículas de nucleossomos”.
Esse novo entendimento pode ajudar a iluminar os mecanismos subjacentes de doenças nascidas da metilação disfuncional. No futuro, eles procurarão funções para sensores de hemimetilação além da manutenção da metilação do DNA.
“Como algumas regiões cromossômicas são conhecidas por preservar o status de hemimetilação, seu reconhecimento pelo CDCA7 pode ter papéis muito mais amplos na regulação de genes e organização cromossômica”, diz Funabiki. “É uma possibilidade emocionante.”