Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong (HKSUST) e da Universidade de Hong Kong (HKU) demonstraram recentemente que o determinante de seletividade do Complexo de Reconhecimento de Origem (ORC) para ligação ao DNA estãoem uma hanãlice de inserção de 19 aminoa¡cidos no Orc4 subunidade, que estãopresente na levedura, mas ausente em humanos. A remoção deste motivo de Orc4 transforma a ORC de levedura, que seleciona origens com base na ligação especa­fica de base em locais definidos, em uma cuja seletividade éditada pela paisagem da cromatina (perfil de nucleossomo gena´mico), uma caracterí­stica compartilhada pela ORC humana.

Uma compreensão mais aprofundada das formas de DNA preferidas e requisitos de posicionamento de nucleossomos fornecera¡ novos insights para a plasticidade da ORC humana na seleção de locais de iniciação de replicação durante o desenvolvimento programado e transformação da doena§a, e também ajudara¡ a identificar alvos potenciais para o rastreamento de drogas anticâncer e projeto de terapia.

Todas as criaturas vivas, de simples levedura unicelular atéo complexo ser humano multicelular, se propagam atravanãs de divisaµes celulares. Cada divisão requer a replicação exata do DNA do genoma, que éo projeto da identidade de cada organismo. A replicação excessiva pode levar a ca¢nceres e a replicação insuficiente pode causar defeitos de desenvolvimento, como a sa­ndrome de Meier-Gorlin. A replicação do DNA éiniciada nas origens de replicação por ORC e ​​outros complexos de protea­nas montados nesses locais.

Curiosamente, ORC éaltamente conservado na estrutura da protea­na e função da desde a levedura ao humano, mas tem como alvo sa­tios de DNA que não apresentam caracteri­sticas comuns a³bvias nestes dois sistemas. O que causa essa diferença? Esta questãointrigou os cientistas por décadas.

"A estrutura informa a função", disse o Prof. Bik Tye, pesquisador principal e membro saªnior do Institute for Advanced Study, HKUST. "Em 2018, resolvemos uma estrutura de alta resolução da ORC de levedura usando microscopia crioeletra´nica. Quando comparamos as estruturas entre a levedura e a humana, encontramos uma diferença importante entre elas, que estãoem uma subunidade da ORC - Orc4."

"A levedura Orc4 tem um motivo adicional de 19 aminoa¡cidos que faz contatos específicos com o DNA de origem e não estãopresente no ser humano", disse o Prof. Tye. "Percebemos imediatamente que este pequeno motivo de Orc4 pode ser um fator crítico que causa os diferentes comportamentos de ORC na ligação de DNA entre leveduras e humanos. Em seguida, exclua­mos esse motivo nas células de levedura para testar se ele poderia converter o ORC de levedura em um que se comporta com propriedades semelhantes a s humanas. Na verdade, a ORC projetada na levedura se comporta mais como uma ORC humana ou, como a chamamos, uma ORC humanizada. "

A replicação do DNA éum dos processos mais fundamentais nas células vivas. a‰ catalisado por um conjunto semelhante de ma¡quinas de replicação da levedura ao ser humano. Em células de levedura, a replicação do DNA comea§a a partir de um conjunto de locais, denominados origens de replicação. Esses locais compartilham uma sequaªncia de DNA especa­fica, que pode ser reconhecida por um complexo de protea­nas de seis subunidades conhecido como complexo de reconhecimento de origem (ORC), Orc1-6. ORC liga-se ao DNA de origem, servindo então como uma plataforma para recrutar helicase Mcm2-7 para o DNA. A helicase Mcm2-7 éa ma¡quina responsável por separar o DNA de fita dupla para fornecer modelos para a replicação do DNA.

"As atividades de cada origem são rigidamente regulamentadas para garantir a integridade do genoma", disse o Prof. Zhai Yuanliang, colaborador do estudo e Professor Assistente da Escola de Ciências Biola³gicas da Faculdade de Ciências da HKU. "A regulação incorreta da iniciação da replicação pode causar replicação insuficiente ou excessiva do DNA cromossa´mico, o que induzira¡ quebras de fita de DNA, rearranjos cromossa´micos brutos e instabilidade do genoma, uma caracterí­stica de quase todos os ca¢nceres humanos."

A inibição do ini­cio da replicação éconsiderada uma estratanãgia anticâncer eficaz para a morte seletiva de células cancerosas por apoptose, enquanto as células humanas normais param no estado G1 (crescimento) ou se retiram do ciclo celular para o estado G0 (inativas).

"Nossos estudos estabelecem uma base sãolida para identificar pares de interações, que são cra­ticas para o reconhecimento de origem e carregamento de helicase, com potencial como alvos para o rastreamento e design de drogas antica¢ncer", observou o Prof. Zhai.

"Este estudo demonstra o poder das abordagens multidisciplinares para responder a questões fundamentais nas ciências da vida." comentou o Prof. Danny Leung, Professor Assistente da Divisão de Ciências da Vida, HKUST, e Diretor do Centro de Pesquisa Epigena´mica do HKUST. A equipe do Prof. Leung foi responsável pelas análises epigena´mica e bioinforma¡tica deste estudo. O Centro coordena os esforços do Projeto Epigena´mica de Hong Kong e facilita pesquisadores regionais na realização de estudos epigena´micos.

"Tudo começou com o modelo ata´mico do ORC de levedura ligado ao DNA de origem e a descoberta de que um aºnico motivo em uma das subunidades éresponsável pelo reconhecimento especa­fico de base do DNA pelo ORC. Conduzimos ensaios de genoma e experimentos bioquímicos para definem as caracteri­sticas de ligação, que levaram ao modelo de que a remoção desse motivo éa base para o comportamento da ORC humana, culminando em um insight para a evolução das ORC conforme os eucariotos adotam estruturas gena´micas e epigena´micas mais complexas. Esse insight também contanãm informações cra­ticas sobre a transformação da doena§a, que frequentemente estãoassociada a  plasticidade da replicação do DNA ", observou o Prof. Leung.