Cortar para o núcleo de como a estrutura 3D molda a atividade do gene

Nos livros de biologia e além, o genoma humano e o DNA nele normalmente são ensinados em apenas uma dimensão. Embora possa ser útil para os alunos começarem com a apresentação linear de como os trechos dos genes de DNA formam, essa simplificação excessiva suba o significado da estrutura 3D do genoma.

Para caber no núcleo de nossas células, seis pés de DNA são enrolados como fio em carretéis de proteínas chamados histonas. Em sua forma embalada chamada cromatina, o DNA enrolado apresenta muitos loops e grupos. Embora possa parecer aleatório e bagunçado aos olhos não treinados, essas formas semelhantes a ervas daninhas trazem certas regiões genômicas em contato próximo enquanto abrigam outras pessoas.

Os problemas com essa estrutura 3D estão associados a muitas doenças, incluindo distúrbios do desenvolvimento e câncer. Quase 12% de regiões genômicas em células de câncer de mama tiveram problemas com seus Estrutura da cromatinaenquanto outras questões estruturais são conhecidas por causar leucemia linfoblástica aguda de células T.

Cientistas da Sanford Burnham Prebys e colegas em Hong Kong publicaram descobertas em 27 de junho de 2025, em Biologia do genoma demonstrando uma nova abordagem para melhor entender a estrutura 3D da cromatina e sua influência.

A equipe de pesquisa levantou a hipótese de que a forma 3D das regiões do genoma influencia como os genes são regulados.

“Sabemos que muitas regiões do genoma tendem a formar o que é conhecido como domínios ou TADs de associação topologicamente”, disse Kelly Yichen Li, Ph.D., um associado de pós -doutorado da Sanford Burnham Prebys e principal autor do estudo. “Partes do genoma nesses domínios podem interagir com mais frequência entre si, enquanto tendem a ser isolados da região fora deste domínio”.

Os investigadores notaram ao tirar muitas imagens de cromatina para realizar experimentos de mapeamento espacial, regiões semelhantes a tadrões do genoma em células individuais tendiam a tomar uma forma globular, embora com a enxugada e irregularidade esférica da seleção de batatas de um supermercado. Certas características dessas regiões nas imagens 3D sugeriram que podem influenciar a função de genes próximos.

“Se você imaginar esses aglomerados de fibra de cromatina sendo aproximadamente na forma de uma batata, previmos que as regiões do genoma mais próximas da superfície são mais ativas devido à exposição a sinais bioquímicos próximos no núcleo celular“Disse Yuk-Lap (Kevin) Yip, Ph.D., professor e diretor interino do Middle for Information Sciences em Sanford Burnham Prebys, e o autor sênior e correspondente do manuscrito.

Semelhante à proteção oferecida pela pele fibrosa de uma batata à sua carne rica em amido, os cientistas previram que sinalizam promovendo expressão gênica teria mais dificuldade em alcançar regiões do genoma enterrado perto do núcleo de um maço globular de cromatina. Para testar isso, eles desenvolveram um método de medir a proximidade de uma região genômica ao centro isolado de um grupo de cromatina.

“Utilizamos uma métrica para quantificar a ‘Corescemos’ de uma região genômica em um domínio de cromatina”, disse Li. “Essa medida também nos permitiu definir a superfície e o núcleo, e continuamos mostrando que as regiões de superfície são mais ativas que as regiões centrais”.

“O tipo de dados aos quais podemos aplicar essa medida está se tornando bastante abundante”, disse Yip. “Existe muito potencial para estudar como a vigília se liga à atividade e doença de genes em diferentes tipos de células”.

Yip e Li planejam continuar colaborando com o laboratório de Pier Lorenzo Puri, MD, para avançar nossa compreensão de como a estrutura 3D do genoma afeta o desenvolvimento de células -tronco musculares e a progressão da distrofia muscular.