O DNA pode imitar as funções das proteínas dobrando-se em estruturas tridimensionais elaboradas, de acordo com um estudo de pesquisadores da Weill Cornell Medicine e do National Heart, Lung, and Blood Institute, parte do National Institutes of Health.
No estudo, publicado em 21 de junho na Natureza, os pesquisadores usaram técnicas de imagem de alta resolução para revelar a nova e complexa estrutura de uma molécula de DNA que eles criaram, que imita a atividade de uma proteína chamada proteína fluorescente verde (GFP). O GFP, que foi derivado da água-viva, tornou-se uma importante ferramenta de laboratório, funcionando como um marcador fluorescente ou farol nas células.
As descobertas avançam na ciência de como o DNA pode ser dobrado em formas complexas e ajudará os pesquisadores a construir essas moléculas de DNA para uma variedade de aplicações laboratoriais e clínicas. Uma etiqueta fluorescente totalmente de DNA que imita GFP, por exemplo, seria frequentemente ideal para rotular pedaços de DNA direcionados em estudos biológicos e em kits de teste de diagnóstico, e seria relativamente barato de fazer.
“Essas descobertas realmente mudam nossa compreensão do que podemos fazer com o DNA”, disse o co-autor do estudo, Dr. Samie Jaffrey, professor de Farmacologia Greenberg-Starr e membro do Centro de Câncer Sandra e Edward Meyer da Weill Cornell Medicine.
O DNA na natureza existe principalmente em uma forma de “escada torcida” ou “helicoidal” de fita dupla e serve como um armazenamento relativamente estável de informações genéticas. Todos os outros processos biológicos complexos nas células são feitos por outros tipos de moléculas, especialmente proteínas.
No ano passado, o Dr. Jaffrey e seus colegas relataram a descoberta de uma dessas moléculas: um DNA de cadeia simples que se dobra de uma forma que permite imitar a atividade da GFP. A molécula de DNA, que o Dr. Jaffrey apelidou de “alface” pela cor de suas emissões fluorescentes, funciona ligando-se a outra pequena molécula orgânica, um “fluoróforo” potencialmente fluorescente semelhante ao do coração do GFP, e espremendo-o em um maneira que ativa sua capacidade de fluorescência. Os pesquisadores demonstraram a combinação de alface e fluoróforo como uma etiqueta fluorescente para a detecção rápida de SARS-CoV-2, a causa do COVID-19.
Dr. Jaffrey e sua equipe descobriram a alface fazendo muitos DNAs de fita simples e rastreando aqueles com a capacidade de ativação de fluoróforo desejada. Mas eles não sabiam que estrutura a alface usava para adquirir essa habilidade. Para determinar essa estrutura, eles se voltaram – no novo estudo – para seu colaborador de longa data, NHLBI investigador sênior Dr. Adrian R. Ferré-D’Amaré.
Na pesquisa liderada pelo Dr. Luiz Passalacqua, pesquisador da equipe do Dr. Ferré-D’Amaré, técnicas avançadas de imagem estrutural foram usadas, incluindo microscopia crioeletrônica, para resolver a estrutura da alface em resolução de escala atômica. Eles descobriram que ele se dobra em uma forma que tem em seu centro uma junção de DNA de quatro vias, de um tipo nunca antes visto, envolvendo o fluoróforo de uma forma que o ativa. Eles também observaram que as dobras da alface são mantidas juntas por ligações entre nucleobases – os blocos de construção do DNA que são frequentemente referidos como as “letras” no alfabeto de quatro letras do DNA.
“O que descobrimos não é o DNA tentando ser como uma proteína; é um DNA que está fazendo o que a GFP faz, mas de uma maneira especial”, disse o Dr. Ferré-D’Amaré.
Os pesquisadores disseram que as descobertas devem acelerar o desenvolvimento de moléculas de DNA fluorescentes, como alface para testes de diagnóstico rápido, bem como uma série de outras aplicações científicas nas quais uma etiqueta fluorescente baseada em DNA é desejável.
“Estudos como este serão essenciais para a criação de novas ferramentas baseadas em DNA”, disse o Dr. Jaffrey.