Ferramenta 'fenomenal' sequencia DNA e rastreia proteínas - sem abrir células

Os pesquisadores estão fazendo fila para testar uma poderosa técnica de microscopia que pode sequenciar simultaneamente o DNA de uma célula individual e identificar a localização de suas proteínas com alta resolução – tudo isso sem ter que abrir a célula e extrair seu conteúdo. A imagem do DNA e das proteínas dentro das células intactas fornece informações cruciais sobre como essas moléculas funcionam juntas.

Os desenvolvedores do método já o utilizaram para estudar como o envelhecimento pode alterar a maneira como as proteínas do núcleo interagem com os cromossomos. À medida que o corpo envelhece, descobriram eles, alterações nestas proteínas nucleares podem suprimir a atividade genética.

“Este artigo é realmente extraordinário”, diz Ankur Sharma, biólogo oncológico do Instituto Garvan de Pesquisa Médica em Sydney, Austrália, que não esteve envolvido no estudo, mas está interessado em usar a abordagem para estudar células cancerígenas e a descreveu como “ fenomenal” na plataforma de mídia social, X.

O método, chamado expansão no local sequenciamento do genoma, foi descrito em uma pré-impressão¹ postado no bioRxiv em 26 de setembro. Ainda não foi revisado por pares.

Embalagem de DNA

A abordagem pode ser particularmente útil para investigadores que estão a estudar como o ADN é enrolado em torno de proteínas e inserido nos núcleos das células – e como a localização dos genes dentro desse pântano pode afectar a sua actividade. Podemos pensar no ADN como “uma cadeia linear de informação que tem de ser comprimida e organizada dentro de um núcleo celular de 5 mícrons”, diz Jason Buenrostro, geneticista da Universidade de Harvard em Cambridge, Massachusetts, e autor da pré-impressão. . “Há muitas informações sobre como essa dobra acontece.”

Para extrair essa informação, Buenrostro e seus colegas combinaram dois métodos relatados anteriormente. Um alimenta a célula com uma enzima especial para copiar o DNA, juntamente com um conjunto de componentes de DNA marcados com fluorescência para serem incorporados, um por um, nas cadeias crescentes de DNA. Ao ler a sequência em que as tags fluorescentes são adicionadas, os pesquisadores podem determinar a sequência dos fragmentos do genoma².

Os pesquisadores sabem há muito tempo como rotular proteínas com tags para rastrear suas localizações. Mas a resolução da microscopia óptica é limitada pelo comprimento de onda da luz, o que torna difícil distinguir cadeias de DNA marcadas com fluorescência ou proteínas muito próximas umas das outras. Isto representa um problema particular nos estreitos limites do núcleo.

Então a equipe adicionou outro método chamado microscopia de expansão³. Essa técnica depende de um gel que permeia as células e depois incha ao absorver água – muito parecido com o preenchimento de fraldas descartáveis. À medida que o gel se expande, ele separa as moléculas, tornando mais fácil distinguir uma molécula de proteína uma da outra.

O casamento dos dois métodos permitiu à equipe de Buenrostro estudar as interações entre proteínas e genes nas células de pessoas com síndrome de progéria de Hutchinson-Gilford, uma condição genética que resulta no envelhecimento prematuro. Essa condição é causada por mutações em proteínas chamadas laminas, que geralmente são encontradas na periferia dos núcleos das células. Os investigadores confirmaram resultados anteriores sugerindo que em indivíduos com progéria, estas lâminas anormais invadem o interior do núcleo, onde parecem alterar o arranjo típico dos cromossomas e suprimir a actividade genética. Anormalidades semelhantes estavam presentes nas células da pele de um doador de 92 anos que não apresentava progéria.

Mina de ouro da informação

Expansão no local o sequenciamento do genoma é o mais recente de uma série de métodos que permitem aos pesquisadores coletar uma quantidade cada vez maior de dados de células individuais. O objectivo final é desenvolver uma abordagem para detectar quase qualquer proteína ou metabolito na célula, diz Thierry Voet, geneticista da KU Leuven, na Bélgica.

Como cumprir mapas espaciais da atividade genética – até o nível celular

Por enquanto, Voet e sua equipe estão considerando se o método poderia ser usado em seus estudos sobre como as células de um embrião em avanço podem lidar com números diferentes de cromossomos umas das outras.

A técnica requer conhecimentos consideráveis, e isso limitará o número de pesquisadores que podem adotá-la imediatamente, diz Kelly Rogers, que estuda microscopia avançada no Instituto de Pesquisa Médica Walter e Eliza Hall, em Melbourne, Austrália. “Definitivamente parece complicado.”

Mesmo deste modo, Rogers pode listar muitos colegas que poderiam querer aproveitar a abordagem. Com o tempo, diz ela, os protocolos poderão ser simplificados ou até comercializados.

“Uma coisa é certa é que isto se tornará mais acessível a uma gama mais ampla de cientistas”, diz Rogers. “Não parece haver muitos limites agora para o que podemos alcançar.”