Imagens obtidas por meio de estudo divulgado no último 24 de março pela revista Nucleic Acids Research, da Oxford Academic, mostram, pela primeira vez, o processo de encapsulamento do DNA dentro de espermatozoides. A pesquisa, realizada por profissionais da Universidade de Kanazawa, no Japão, revela processo de condensação em tempo real e estimula descobertas sobre, entre outros, fertilidade, estabilidade de genomas e futuras aplicações na medicina.
De acordo com o estudo, o DNA, na maioria das células do corpo humano, é enrolado em proteínas chamadas histonas. Essas proteínas permitem que o material genético seja compactado de forma “frouxa”, o que o torna ível para atividade genética.
Nas células espermáticas — ou seja, espermatozoides —, por sua vez, em vez de histonas, as proteínas que induzem o processo são as protaminas. Em vez de deixar o DNA frouxo e ível, como a histona, a protamina permite a “condensação extrema” do material, o que faz com o que ele se torne mais estável e seja protegido durante todo o processo de fertilização.
Dessa forma, o DNA contido no espermatozoide consegue ser transportado de maneira eficiente para o óvulo, sem perder nenhuma característica e garantindo o desenvolvimento de um possível embrião.
Imagens de estudos anteriores, apenas estáticas, não permitiam aos cientistas entender a forma com que as protaminas condensavam o material genético em estruturas estáveis. Pela primeira vez, porém, pesquisadores de um instituto da Universidade Kanazawa conseguiram capturar em tempo real, a partir da microscopia de força atômica de alta velocidade (HS-AFM) — método de imagem avançado que registra ao vivo mudanças moleculares em nanoescala —, todo o processo de condensação.
A equipe conseguiu visualizar, assim, de forma direta, a transformação gradual de estruturas do DNA à medida que elas se ligavam a protaminas. Para exemplificar o processo, os cientistas utilizaram a imagem de um donut, a fim de representar quatro estágios distintos: “o Estágio da Espiral, onde o DNA forma laços soltos; o Estágio da Montagem, onde as protaminas se ligam, aumentando a organização estrutural; o Estágio da Haste, onde o DNA se compacta ainda mais; e o Estágio da Rosca (Toroide), onde se forma a estrutura estável final”.
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Além de descobrir a forma como a compactação ocorre e descrevê-la, o estudo descobriu que o empacotamento de DNA é reversível com base em condições ambientais. Assim, entenderam que as descobertas têm implicações importantes para a compreensão — bem como para auxílio em futuros diagnósticos e tratamentos — de infertilidade masculina, biologia cromática e terapia gênica.
No que diz respeito à terapia gênica, a pesquisa acredita que a melhor compreensão da compactação do DNA é importante para tornar mais eficiente a entrega de material genético em tratamentos médicos. Além disso, a biologia sintética e a nanotecnologia podem aproveitar das descobertas para desenvolvimento de novos métodos de manipulação de estruturas do DNA.
“Nossas descobertas fornecem uma visão dinâmica de como as protaminas moldam a estrutura da cromatina (complexo de DNA e proteínas que formam cromossomos) do espermatozoide, um processo essencial para a fertilidade e a estabilidade do genoma”, afirma em comunicado de imprensa um dos autores. “Esta pesquisa não só aprimora nossa compreensão da reprodução, como também tem implicações de longo alcance para a genética e os tratamentos de fertilidade.”