Histone H3K9 methylation and Heterochromatin Protein 1 do not limit DNA accessibility in living S. pombe cells

Dentro de cada célula viva, o código genético não está flutuando livremente, mas sim firmemente enrolado em torno de carretéis proteicos, formando um material complexo chamado cromatina. Esse empacotamento serve a um duplo propósito: protege as longas fitas de DNA e controla quais partes do manual de instruções genéticas podem ser lidas em qualquer dado momento. Por décadas, os cientistas operaram sob a suposição de que esse enrolamento atua como um porteiro, especificamente em regiões conhecidas como heterocromatina. Estas são as seções do genoma densamente compactadas, frequentemente marcadas por etiquetas químicas nos carretéis proteicos e ligadas por proteínas específicas, que se acreditava que trancavam o DNA de forma tão apertada que a maquinaria celular não conseguiria alcançá-lo. Essa ideia de uma região bloqueada foi central para entender como as células regulam seus genes, sugerindo que a função primária dessas marcas químicas e proteínas de ligação é bloquear fisicamente o acesso ao DNA.

Pesquisadores há muito estudam este fenômeno em vários organismos, incluindo humanos e a levedura de brotamento, onde evidências de núcleos celulares isolados apoiaram a visão de que a heterocromatina é, de fato, uma barreira de entrada. Nesta levedura, a heterocromatina é definida por modificações químicas específicas em suas proteínas histonas e pela presença de uma proteína de ligação conhecida como HP1. A teoria predominante sustentava que essas características trabalhavam juntas para selar o DNA, impedindo que ele fosse acessado. Para testar se esse modelo se sustentava em uma célula viva e pulsante, em vez de uma amostra estática, os pesquisadores desenvolveram um novo método para sondar a acessibilidade do DNA diretamente dentro do organismo. Eles introduziram um sistema que poderia ativar uma enzima específica para modificar o DNA, permitindo-lhes medir com que facilidade essa enzima conseguia alcançar diferentes partes do genoma em tempo real.

Os resultados deste experimento desafiaram a crença de longa data de que as marcas químicas e as proteínas de ligação atuam como uma parede física. Quando os cientistas mediram o DNA em células vivas de levedura fission, descobriram que a heterocromatina densamente compactada era tão aberta e acessível quanto as regiões mais frouxamente compactadas do genoma. Até mesmo os centrômeros, as áreas especializadas onde os cromossomos se ligam ao esqueleto interno da célula, estavam totalmente acessíveis neste organismo. Isso contrasta com achados em outras espécies, onde os centrômeros são frequentemente inacessíveis. O estudo sugere que, na levedura fission viva, as etiquetas químicas e as proteínas de ligação não funcionam bloqueando a porta para o DNA. Em vez disso, o genoma parece ser globalmente dinâmico, com a maquinaria sendo capaz de alcançar quase qualquer parte do DNA, independentemente do estilo de empacotamento local.

A história muda, entretanto, quando os pesquisadores observaram as mesmas células após terem sido rompidas para isolar os núcleos. Nessas amostras isoladas, a cromatina tornou-se amplamente inacessível, comportando-se exatamente como o modelo tradicional previa. Os pesquisadores determinaram que essa mudança não foi causada pela perda das marcas químicas ou das proteínas de ligação, mas sim pela estrutura física do próprio DNA. Nos núcleos isolados, os carretéis proteicos estavam compactados tão densamente que quase não havia espaço entre eles para a entrada de enzimas. Esse espaçamento apertado, que ocorre quando a célula não está mais intacta, cria uma barreira física que não existe na célula viva. Consequentemente, o estudo indica que o sistema químico de marcas e proteínas de ligação nesta levedura não reprime a atividade gênica ao impedir o acesso ao DNA. A ideia de que essas proteínas atuam como uma fechadura para manter o DNA escondido parece ser uma interpretação equivocada do que acontece quando as células são removidas de seu estado natural e vivo.