Todo organismo vivo tem DNA, e todo organismo vivo se engaja na replicação do DNA, o processo pelo qual o DNA faz uma cópia exata de si mesmo durante a divisão celular. Embora seja um processo testado e aprovado, podem surgir problemas.
A replicação induzida por quebra (do inglês, Break-induced replication, BIR) é uma forma de resolver esses problemas. Em humanos, é empregado principalmente para reparar quebras no DNA que não podem ser corrigidas de outra forma. No entanto, o próprio BIR, por meio de seus reparos no DNA e como ele conduz esses reparos, pode introduzir ou causar rearranjos genômicos e mutações que contribuem para o desenvolvimento do câncer.
“É uma espécie de faca de dois gumes”, diz Anna Malkova, professora do Departamento de Biologia da Universidade de Iowa, que estuda BIR desde 1995. “A capacidade básica de reparo é uma coisa boa, e algumas quebras de DNA podem não pode ser reparado por outros métodos. Portanto, a ideia é muito boa. Mas os resultados podem ser ruins.”
Um novo estudo liderado por Malkova, publicado na revista Nature, busca desvendar o acordo de alto risco-recompensa do BIR, descrevendo pela primeira vez a sequência do início ao fim no BIR. Os biólogos desenvolveram uma nova técnica que lhes permitiu estudar em um modelo de levedura como o BIR opera ao longo de seu ciclo de reparo. Até agora, os cientistas só puderam estudar as operações do BIR nos estágios inicial e final. Os pesquisadores então introduziram obstruções com a replicação do DNA, como a transcrição – o processo de copiar o DNA para produzir proteínas – que se acredita ser auxiliada pelo BIR.
“Nosso estudo mostra que quando o BIR vem para resgatar essas colisões, sua chegada tem um preço muito alto”, diz Malkova, o autor correspondente do estudo. “Quando o BIR encontra a transcrição, pode introduzir ainda mais instabilidade, o que pode levar a mutações ainda maiores. Como resultado, pensamos que as instabilidades que foram encontradas principalmente em colisões entre a transcrição e a replicação que foram sugeridas como levando ao câncer podem ser causadas por BIR que veio para o resgate. Ele vem, ele resgata, mas é meio questionável o quão útil ele realmente é.”
Os cientistas sabem como o BIR funciona em alguns estágios. Por exemplo, eles sabem que o aparato de reparo de DNA forma uma espécie de bolha em torno do DNA danificado, depois avança, descompactando o DNA, copiando segmentos intactos e, finalmente, transferindo esses segmentos copiados para uma nova fita de DNA.
Mas o que permaneceu ilusório foi acompanhar o BIR durante todo o seu ciclo de reparo. Usando uma técnica que envolve o PCR Droplet Digital e um novo método de purificação de DNA desenvolvido pelo estudante de graduação em biologia Liping Liu, os pesquisadores foram capazes de observar o BIR do início ao fim.
“Se você imaginar isso como um trem, Liping instalou um monte de estações e observou como o trem procedia em cada estação, rastreando o aumento de DNA em cada estação, quanto aumento está ocorrendo em cada estação e, portanto, no total , como todo o processo se desenrola”, explica Malkova.
A equipe então introduziu intencionalmente obstruções em algumas estações – transcrição e outra obstrução chamada de sequências telômeras internas – para observar como o BIR respondeu aos obstáculos. Uma descoberta: quando a transcrição é introduzida próximo ao início do processo de BIR, os reparos não começam, como se estivessem sendo suprimidos. Além disso, os pesquisadores descobriram que a orientação da transcrição em relação ao BIR pode afetar o ciclo de reparo e pode ser um fator importante que afeta a instabilidade que pode promover o câncer em humanos.
“Os cientistas já sabem que há muita instabilidade em lugares onde a alta transcrição encontra a replicação normal”, diz Malkova. “O que não sabíamos até agora é de onde está vindo e por que está acontecendo.”
O primeiro autor do estudo, “Rastrear a replicação induzida por quebra mostra que ele para em bloqueios de estradas”, é Liu, que é um estudante de pós-graduação do sexto ano no laboratório de Malkova.
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