O ‘Emaranhado’ de DNA ocorre quando as polimerases RNA seleccionam uma posição para começar a sintetizar o RNA

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Uma colaboração de pesquisa que combinou ferramentas de informática "big data" com especialização em biologia básica revelou os detalhes de um processo essencial à vida: como uma enzima crucial localiza o sitio no DNA onde começa a definir a síntese de RNA. Este avanço pode ajudar na descoberta de novos medicamentos anti-microbianos e as abordagens tecnológicas poderosas desenvolvidas para esta pesquisa podem lançar luz sobre outros processos celulares essenciais.

Um grupo de bioinformática do Hospital de Filadélfia infantil colaborou com pesquisadores da Universidade de Rutgers sobre o estudo, publicado on-line hoje em ciência. Taylor colaborou no estudo com bioquímico Bryce Nickels, pH.d. e do químico Richard Ebright, pH.d., ambos da Rutgers, a Universidade do estado de Nova Jersey.

A pesquisa centra-se na transcrição — como células ler informação genética armazenada no DNA sintetizando uma cópia dessas informações genéticas como RNA. A enzima RNA polimerase é a máquina molecular que realiza a transcrição. No estudo atual, a equipe CHOP/Rutgers determinou como RNA polimerase localiza o site no DNA, onde ele começa a transcrição.

Em particular, trabalhando em bactérias, a equipe CHOP/Rutgers mostrou que depois RNA polimerase liga-se ao DNA e desenrola-se em parte as duas vertentes da hélice do DNA, então continua desenrolar dessas duas vertentes, puxando os fios de DNA desenrolados em si até encaixar o site de início de transcrição (TSS). Os pesquisadores chamam esse processo — desenrolar DNA e puxando fios em si — "DNA amassando." Moedas assinala, "Cientistas já há mais de três décadas que locais de início da transcrição variam, mas não sabia anteriormente o mecanismo."

Para detectar ADN amassando durante a seleção do TSS, os pesquisadores desenvolveram poderosas novas abordagens experimentais, chamadas mestre e mestre-XL. A equipe CHOP/Rutgers descrita pela primeira vez mestre (para "leitura de fim de transcrição maciçamente sistemática") em um artigo de dezembro de 2015 no Celular Molecular.

Mestre-XL combina o mestre tecnologia com reticulação — introdução de aminoácidos artificiais em locais específicos em proteínas para crosslink para sites no DNA. Usando algoritmos de alta produtividade, a equipe de estudo foi capaz de rápida e precisamente identificar os sites de reticulação em 1 milhão diferentes sequências de DNA, cada uma carregando uma região distinta de TSS. Em cada seqüência, a equipe identificou o TSS bem como frente (ponta) e traseira (bordo de fuga) posições onde a RNA polimerase anexado ao DNA.

Yuanchao Zhang, um estudante de graduação trabalhando com grupo de Bioinformática de Taylor no CHOP, desenvolveu os algoritmos de grande volume de dados com Taylor para analisar os dados de seqüenciamento da saída do mestre e mestre-XL dos experimentos. "Nossos algoritmos processam rapidamente muitos milhões de leituras de seqüência de DNA e RNA,", disse Taylor.

O seqüenciamento rápido, além de avançados métodos bioquímicos e químicos subjacentes a reticulação, fornecida uma chave que encontrar sobre como DNA amassando ocorre durante a transcrição. Como a posição das mudanças TSS, a posição das mudanças de vanguarda do RNA polimerase em passo de bloqueio, mas o bordo de fuga do enzima permanece na mesma posição. Isso faz com que o DNA triturar: permaneça presa a RNA polimerase em sua borda posterior, mas RNA polimerase desenrola o DNA adjacente e puxa o ADN desenrolado para si mesmo até que ele localiza um novo TSS.

Os colaboradores CHOP/Rutgers estão agora investigando a transcrição em organismos superiores, analisando se amassando DNA ocorre durante a seleção do TSS e em caso afirmativo, como ele se compara ao processo em bactérias. A equipe também espera aplicar mestre e mestre-XL para analisar outros processos celulares essenciais tais como a replicação do DNA.

[PHYS.org]

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