Aninhado profundamente no núcleo de cada uma de suas células estãoo que parece um truque de ma¡gica: um metro e oitenta de DNA éempacotado em um espaço minaºsculo 50 vezes menor que a largura de um cabelo humano. Como um fio longo e fino de espaguete genanãtico, este projeto de DNA para todo o seu corpo édobrado e compactado em estruturas chamadas cromossomos para caber neste Espaço.

Tambanãm empacotadas no núcleo estãoestruturas chamadas corpos nucleares, que são protea­nas que agem como maquinaria celular. E como se o DNA e os corpos nucleares não fossem suficientes para caber no volume de um micra´metro caºbico, fitas de RNA (que sera£o traduzidas em protea­nas) também estãoamontoadas em todo o núcleo.

A organização espacial tridimensional do núcleo éimportante; varia entre células individuais e pode contribuir para diferenças nos estados celulares, por exemplo, o fena³tipo de uma canãlula cerebral versus uma canãlula muscular.

Agora, os pesquisadores da Caltech desenvolveram uma nova técnica para criar imagens do núcleo, incluindo seu DNA, RNA e protea­nas. Essa nova tecnologia, batizada de seqFISH +, permitiu a  equipe fazer várias novas descobertas sobre como a organização do núcleo influencia o funcionamento celular.

Um artigo sobre a pesquisa, conduzido no laboratório de Long Cai , professor de biologia e engenharia biológica, foi publicado na revista Nature em 27 de janeiro de 2021. Cai éum membro do corpo docente afiliado do Tianqiao and Chrissy Chen Institute for Neuroscience em Caltech .

Outras tecnologias desenvolvidas recentemente podem determinar quais genes estãoativos em uma canãlula e em quais na­veis, mas a vantagem do seqFISH + éque ele pode realmente ver a estrutura nuclear intacta em alta resolução. Embora as tecnologias de imagem anteriores pudessem ilustrar a organização dos cromossomos, elas não podiam criar imagens de DNA, RNA e protea­nas simultaneamente em grande escala. seqFISH + integra os pontos fortes dessas tecnologias existentes para dar uma imagem completa do que estãoacontecendo no núcleo de uma canãlula.

"A estrutura dos cromossomos de uma canãlula e a forma como seu DNA édobrado tem impactos na expressão e regulação do gene", explica Cai. "Muitos estudos de cromossomos são feitos calculando a média de muitas células, mas a expressão do gene varia entre as diferentes células. Na³s realmente precisa¡vamos de uma maneira de ver a estrutura dentro de células individuais."

"Existem muitas aplicações possa­veis do seqFISH +. Por exemplo, ele pode ser usado para responder a perguntas como se o núcleo de uma canãlula cancerosa se parece com o de uma canãlula sauda¡vel", diz Cai. "Podemos usar o seqFISH + para criar imagens de núcleos celulares em tecidos intactos sem ter que dividi-los em células individuais."

De fato, conforme descrito no artigo da Nature , seqFISH + já forneceu insights sobre a estrutura nuclear. A equipe, liderada pelo estudante de graduação Yodai Takei, apresenta várias novas descobertas importantes.

Primeiro, a equipe descobriu que certos segmentos do genoma são posicionados nasuperfÍcie das estruturas do corpo nuclear. O estudo sugere que essas regiaµes não são aleata³rias; a proximidade espacial com corpos nucleares ocorre de forma determina­stica, o que significa que os corpos nucleares poderiam atuar como "andaimes" do genoma. Em segundo lugar, a equipe descobriu que essas interfaces entre o DNA e os corpos nucleares concordam com as descobertas anteriores sobre as interações DNA-protea­na que foram descobertas com o ChIP-seq, uma tecnologia que foi desenvolvida no laboratório Caltech de Barbara Wold (PhD '78), Bren Professor de Biologia Molecular.

Finalmente, a equipe relatou que o estado nuclear émuito heterogaªneo entre as diferentes células - mais do que se imaginava anteriormente - sugerindo direções para estudos futuros.

O artigo éintitulado " A gena´mica espacial integrada revela a arquitetura global de núcleos aºnicos ". Takei éo primeiro autor do estudo. Outros co-autores do Caltech são o tanãcnico de pesquisa Jina Yun, o ex-bolsista de pa³s-doutorado Noah Ollikainen, o assistente tanãcnico de pesquisa Nico Pierson, o estudante de graduação Jonathan White, o ex-bolsista de pa³s-doutorado Sheel Shah (PhD '17), Julian Thomassie (BS '18), o estudante de graduação Chee -Huat Linus Eng, Professor de Biologia e Investigador do Heritage Medical Research Institute Mitchell Guttmane Long Cai. Outros co-autores são Shiwei Zheng, Shengbao Suo e Guo-Cheng Yuan, do Dana-Farber Cancer Institute e da Harvard TH Chan School of Public Health. O financiamento foi fornecido pelos Institutos Nacionais de Saúde e pelo Centro de Descobertas da Fundação Paul G. Allen Frontiers.