Nos livros dida¡ticos do ensino manãdio, os cromossomos humanos são retratados como Xs insta¡veis, como dois cachorros-quentes juntos. Mas essas imagens estãolonge de ser precisas. "Por 90% do tempo", disse Jun-Han Su, "os cromossomos não existem assim."

No ano passado, antes de Su se formar com seu Ph.D., ele e três Ph.D. atuais. candidatos na Escola de Pa³s-Graduação em Artes e Ciências - Pu Zheng, Seon Kinrot e Bogdan Bintu - capturaram imagens 3-D de alta resolução de cromossomos humanos , as casas complexas de nosso DNA. Agora, essas imagens podem fornecer evidaªncias suficientes para transformar esses Xs em sa­mbolos mais complexos, mas muito mais precisos, não apenas para ensinar a próxima geração de cientistas, mas ajudar a geração atual a desvendar mistanãrios sobre como funcionam as influaªncias da estrutura dos cromossomos.

Todas as coisas vivas, incluindo os humanos, devem criar novas células para substituir aquelas muito velhas e gastas para funcionar. Para fazer isso, as células se dividem e replicam seu DNA, que éembrulhado em bibliotecas labira­nticas dentro da cromatina, o material dentro dos cromossomos . Estendido em uma linha reta, o DNA em uma única canãlula pode chegar a quase dois metros, e tudo isso se envolve em estruturas estreitas e complexas no núcleo da canãlula. Apenas um erro ao copiar ou rebobinar esse material genanãtico pode causar mutação ou mau funcionamento nos genes.

a‰ difa­cil aproximar o zoom o suficiente para ver a estrutura da cromatina. Mas olhar para a estrutura e a função éainda mais difa­cil. Agora, em um artigo publicado em agosto na Cell , Zhuang e sua equipe relatam um novo manãtodo para criar imagens da estrutura e do comportamento da cromatina juntos, conectando os pontos para determinar como um influencia o outro para manter a função adequada ou causar doena§as.

"a‰ muito importante determinar a organização 3-D", disse Zhuang, o David B. Arnold, Jr. Professor de Ciências, "para entender os mecanismos moleculares subjacentes a  organização e também entender como essa organização regula a função do genoma."

Com seu novo manãtodo de imagem 3-D de alta resolução, a equipe começou a construir um mapa cromossa´mico a partir de imagens de lente ampla de todos os 46 cromossomos e close-ups de uma seção de um cromossomo. Para obter a imagem de algo que ainda émuito pequeno, eles capturaram pontos conectados ("loci gena´micos") ao longo de cada cadeia de DNA. Ao conectar muitos pontos, eles podem formar uma imagem abrangente da estrutura da cromatina.

 

Mas houve um obsta¡culo. Anteriormente, disse Zhuang, o número de pontos que eles podiam criar imagens e identificar era limitado pelo número de cores que eles podiam imaginar juntos: três. Traªs pontos não podem formar uma imagem abrangente.

Então, Zhuang e sua equipe criaram uma abordagem sequencial: imagine três locais diferentes, extinguir o sinal e, em seguida, imaginar outros três em rápida sucessão. Com essa técnica, cada ponto recebe duas marcas de identificação: cor e redondo da imagem.

"Agora, na verdade, temos 60 loci capturados e localizados simultaneamente e, mais importante, identificados", disse Zhuang.

Ainda assim, para cobrir todo o genoma, eles precisavam de mais - milhares - então eles se voltaram para uma linguagem que já éusada para organizar e armazenar grandes quantidades de informações: bina¡ria. Ao imprimir ca³digos de barras binários em diferentes loci da cromatina, eles podiam criar imagens de muito mais loci e decodificar suas identidades posteriormente. Por exemplo, uma molanãcula com imagem na primeira rodada, mas não na segunda rodada, obtanãm um ca³digo de barras comea§ando com "10". Com ca³digos de barras de 20 bits, a equipe conseguiu diferenciar 2.000 moléculas em apenas 20 rodadas de imagem. "Desta forma combinata³ria, podemos aumentar o número de moléculas que são fotografadas e identificadas muito mais rapidamente", disse Zhuang.

Com essa técnica, a equipe obteve imagens de cerca de 2.000 loci de cromatina por canãlula, um aumento de mais de dez vezes em relação ao trabalho anterior e o suficiente para formar uma imagem de alta resolução de como éa estrutura dos cromossomos em seu habitat nativo. Mas eles não pararam por aa­: eles também imaginaram a atividade de transcrição (quando o RNA replica o material genanãtico do DNA) e estruturas nucleares como manchas nucleares e nuclanãolos.

Com o Google Maps 3D do genoma, eles poderiam comea§ar a analisar como a estrutura muda ao longo do tempo e como esses movimentos territoriais ajudam ou prejudicam a divisão e replicação celular.

Os pesquisadores já sabem que a cromatina édividida em diferentes áreas e doma­nios (como desertos versus cidades). Mas como esses terrenos se parecem em diferentes tipos de células e como funcionam ainda édesconhecido. Com suas imagens de alta resolução, Zhuang e a equipe determinaram que áreas com muitos genes ("ricas em genes") tendem a se aglomerar em áreas semelhantes em qualquer cromossomo. Mas áreas com poucos genes ("pobres em genes") são se juntam se compartilharem o mesmo cromossomo. Uma teoria éque as áreas ricas em genes, que são locais ativos para a transcrição de genes, se unem como uma fa¡brica para permitir uma produção mais eficiente.

Embora mais pesquisas sejam necessa¡rias antes de confirmar essa teoria, uma coisa agora écerta: o ambiente da cromatina local afeta a atividade de transcrição. A estrutura influencia a função. A equipe também descobriu que não hádois cromossomos iguais, mesmo em células que são idaªnticas. Descobrir a aparaªncia de cada cromossomo em cada canãlula do corpo humano exigira¡ muito mais trabalho do que um laboratório sozinho.

"Nãosera¡ possí­vel construir apenas com base em nosso trabalho", disse Zhuang. "Precisamos desenvolver o trabalho de muitos laboratórios para ter um entendimento abrangente."