Qual é o número de moléculas dentro de células?
Estudo do IGC essencial para a compreensão dos mecanismos biológicos
2014-07-18
O grupo de Lars no IGC (clique para ampliar)
Os centrómeros são estruturas presentes nos cromossomas e compostos por proteínas. Recrutam toda a maquinaria molecular necessária à separação dos cromossomas para as células filhas, um processo essencial aquando da divisão celular. Se a localização dos centrómeros nos cromossomas for alterada ou se as proteínas que compõem estas estruturas forem danificadas, podem surgir divisões celulares anormais.
O laboratório de Lars Jansen, juntamente com outros grupos de investigação, identificaram os componentes dos centrómeros e descobriram que uma proteína, chamada CENP-A, é essencial para a função do centrómero. O que estava a faltar, até agora, era uma medida de quantas destas moléculas estão presentes, uma informação importante para entender como os centrómeros são construídos e mantidos.
Dani Bodor, estudante de doutoramento no laboratório de Lars e primeiro autor do estudo, explica o contexto deste estudo: "Sabíamos que a proteína CENP-A desempenhava um papel crucial na formação dos centrómeros. Estudos anteriores mostraram que sem esta proteína as células não se conseguiam dividir adequadamente, com implicações no número de cromossomas transmitidos para as células filhas. Mas exatamente quanta CENP-A era necessária para formar um centrómero? Precisávamos de encontrar uma maneira de contar as moléculas de CENP-A, que têm um tamanho na ordem dos nanómetros (1.000.000 vezes menor que um milímetro)."
A equipa de investigação propôs-se a desenvolver ferramentas que permitissem essa medição. Utilizando técnicas de engenharia genética moderna, os investigadores ligaram um gene que codifica uma proteína fluorescente ao gene da CENP-A.
Ao utilizar este truque genético, todas as proteínas CENP-A produzidas nas células tornaram-se fluorescentes. Por observação ao microscópio, os investigadores conseguiram quantificar a quantidade total de fluorescência presente na célula e a fracção de fluorescência presente nos centrómeros. Estas medições permitiram-lhes determinar que aproximadamente 400 moléculas de CENP-A estão presentes nos centrómeros das células humanas.
Afirma Dani Bodor: "Inspirámo-nos numa metodologia já utilizada em leveduras que, até agora, ninguém tinha usado para quantificar moléculas em células mais ‘complexas’. As células de levedura têm mais ou menos a mesma forma e volume, mas as células humanas diferem em forma e volume, o que aumenta o grau de complexidade perante este tipo de técnicas."
Para confirmarem se os seus cálculos eram precisos, os investigadores usaram duas outras técnicas. Os resultados mostraram que, independentemente da técnica utilizada, obtinham sempre um número próximo de 400.
Lars Jansen refere: "Os centrómeros precisam de ser estruturas muito estáveis para garantir a fiel transmissão dos cromossomas para as células filhas durante a divisão celular. Quando a célula se divide as proteínas de CENP-A são distribuídas pelas células filhas e o número de moléculas que cada célula recebe pode variar. Com as 400 moléculas de CENP-A, a célula assegura a transmissão de um número suficiente de moléculas para construir os centrómeros nas novas células. Ao calcular o número de moléculas CENP-A, fomos capazes de propor um novo mecanismo que pode explicar a formação e hereditariedade dos centrómeros."
Quando interrogado sobre as dificuldades técnicas enfrentadas durante este estudo Lars diz: "Nós levámos 5 anos para realizar este trabalho, e com certeza que não seríamos capazes de o ter feito há 10 anos atrás. Precisamos constantemente de desenvolver novas técnicas para conseguirmos ir mais longe e responder a questões novas, mesmo que para problemas biológicos já antigos. Estamos agora numa fase da Biologia, onde mais e mais laboratórios vão começar a olhar para os aspectos quantitativos do problema biológico que estão a estudar. As técnicas que utilizámos podem ser bastante úteis para isso."
Lars Jansen recebeu, no início deste ano, uma Consolidador Grant pelo Conselho Europeu de Investigação (ERC, na sigla em inglês) que lhe permitirá continuar os seus estudos sobre centrómeros e sobre os mecanismos que controlam a transmissão fiel de informação não-genética de célula-mãe para células-filhas.
Este estudo foi realizado no Instituto Gulbenkian de Ciência, em colaboração com investigadores da Harvard Medical School (Boston, EUA), da Universidade da Pensilvânia (Filadélfia, EUA) e da Universidade da Califórnia (La Jolla, EUA).
O laboratório de Lars Jansen, juntamente com outros grupos de investigação, identificaram os componentes dos centrómeros e descobriram que uma proteína, chamada CENP-A, é essencial para a função do centrómero. O que estava a faltar, até agora, era uma medida de quantas destas moléculas estão presentes, uma informação importante para entender como os centrómeros são construídos e mantidos.
Dani Bodor, estudante de doutoramento no laboratório de Lars e primeiro autor do estudo, explica o contexto deste estudo: "Sabíamos que a proteína CENP-A desempenhava um papel crucial na formação dos centrómeros. Estudos anteriores mostraram que sem esta proteína as células não se conseguiam dividir adequadamente, com implicações no número de cromossomas transmitidos para as células filhas. Mas exatamente quanta CENP-A era necessária para formar um centrómero? Precisávamos de encontrar uma maneira de contar as moléculas de CENP-A, que têm um tamanho na ordem dos nanómetros (1.000.000 vezes menor que um milímetro)."
Imagens de diferentes planos de uma célula que expressa CENP-‐A fluorescente (pontos amarelos dentro da forma preta) que permitiram uma constru
Ao utilizar este truque genético, todas as proteínas CENP-A produzidas nas células tornaram-se fluorescentes. Por observação ao microscópio, os investigadores conseguiram quantificar a quantidade total de fluorescência presente na célula e a fracção de fluorescência presente nos centrómeros. Estas medições permitiram-lhes determinar que aproximadamente 400 moléculas de CENP-A estão presentes nos centrómeros das células humanas.
Afirma Dani Bodor: "Inspirámo-nos numa metodologia já utilizada em leveduras que, até agora, ninguém tinha usado para quantificar moléculas em células mais ‘complexas’. As células de levedura têm mais ou menos a mesma forma e volume, mas as células humanas diferem em forma e volume, o que aumenta o grau de complexidade perante este tipo de técnicas."
Para confirmarem se os seus cálculos eram precisos, os investigadores usaram duas outras técnicas. Os resultados mostraram que, independentemente da técnica utilizada, obtinham sempre um número próximo de 400.
Dani Bodor, primeiro autor do artigo
Quando interrogado sobre as dificuldades técnicas enfrentadas durante este estudo Lars diz: "Nós levámos 5 anos para realizar este trabalho, e com certeza que não seríamos capazes de o ter feito há 10 anos atrás. Precisamos constantemente de desenvolver novas técnicas para conseguirmos ir mais longe e responder a questões novas, mesmo que para problemas biológicos já antigos. Estamos agora numa fase da Biologia, onde mais e mais laboratórios vão começar a olhar para os aspectos quantitativos do problema biológico que estão a estudar. As técnicas que utilizámos podem ser bastante úteis para isso."
Lars Jansen recebeu, no início deste ano, uma Consolidador Grant pelo Conselho Europeu de Investigação (ERC, na sigla em inglês) que lhe permitirá continuar os seus estudos sobre centrómeros e sobre os mecanismos que controlam a transmissão fiel de informação não-genética de célula-mãe para células-filhas.
Este estudo foi realizado no Instituto Gulbenkian de Ciência, em colaboração com investigadores da Harvard Medical School (Boston, EUA), da Universidade da Pensilvânia (Filadélfia, EUA) e da Universidade da Califórnia (La Jolla, EUA).
2014-07-21
12:53
Os cientistas talvez sejam as únicas pessoas confiáveis neste mundo. Infelizmente há os que se aproveitam dos avanços e descobertas científicas para o mal. Acredito que seu trabalho será de grande contribuição para entendermos melhor a reprodução e transmissão hereditária do material genético e seus possíveis erros.
Vida longa para você e sua equipe.