Pela primeira vez, a massa dos cromossomos humanos é determinada

Em um estudo recentemente publicado no periódico Chromosome Research (Ref.1), pesquisadores da University College London, Reino Unido, determinaram pela primeira vez a massa total dos 46 cromossomos humanos, presentes no núcleo de quase todas as células do nosso corpo. A determinação da massa foi feita através de análise por raio-X de cada um dos 46 cromossomos presentes no núcleo celular de células humanas B e T, e o valor encontrado foi muito maior do que o previamente esperado, indicando que os cromossomos são cerca de 20 vezes mais massivos do que a molécula de DNA associada e sugerindo que podem existir componentes na estrutura genética ainda não caracterizados.

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Cromossomos são estruturas genéticas localizadas no núcleo das células de plantas e de animais. Cada cromossomo é feito de proteínas e uma única molécula de ácido desoxirribonucleico (DNA). Passado de pais para filhos, o DNA contêm instruções específicas de regulação e de síntese proteica que permitem o desenvolvimento único do ser vivo. A distinta estrutura dos cromossomos mantém o DNA bem apertado ao redor de proteínas com formato de cilindro, chamadas histonas. Sem tal empacotamento, as moléculas de DNA seriam longas demais para ficar bem acomodadas dentro das células. Para exemplificar, se uma única molécula de DNA de uma única célula humana fosse desenrolada das histonas e esticadas de uma ponta a outra, teríamos uma "fita" de quase 2 metros de extensão.

Humanos possuem um total de 23 pares de cromossomos em suas células, exceto nas células reprodutivas (onde existe apenas um cromossomo de cada par). Dentro desse total, existem quatro cópias de 3,5 bilhões de pares de bases (adenina e timina, e citocina e guanina) que constituem o DNA.

Para um organismo crescer e funcionar adequadamente, suas células precisam estar constantemente se dividindo para produzir novas células que substituirão células já velhas ou danificadas. Durante a divisão celular, é essencial que o DNA permaneça intacto e igualmente distribuído entre as células. Cromossomos são essenciais nesse processo de assegurar que o DNA seja acuradamente copiado e distribuído na vasta maioria das divisões celulares. Porém, claro, erros ocorrem uma vez ou outra, caracterizando a emergência de mutações ou de números anormais de cromossomos em um mesmo núcleo. Por exemplo, indivíduos com Síndrome de Down possuem três cópias do cromossomo 21, ao invés das duas cópias esperadas.

> Para mais informações sobre o DNA e o cromossomo, acesse: Letras artificiais e o maquinário genético

Cromossomos têm sido investigados por cientistas nos últimos 130 anos, mas existem ainda partes dessas complexas estruturas que são pouco caracterizadas. Apesar da massa do DNA ser conhecida a partir do Projeto do Genoma Humano, ainda era desconhecida a massa de toda a estrutura cromossômica.

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No novo estudo, os pesquisadores usaram um método de pticografia de raios-X para criar uma reconstrução tridimensional altamente sensitiva dos cromossomos individuais, ao analisar padrões de difração gerados à medida que os feixes de raios-X atravessavam as estruturas cromossômicas.

Pticografia é uma técnica de escaneamento-difração coerente que produz imagens quantitativas a resoluções além das imagens tradicionalmente produzidas a partir de sistemas de microscopia lente-baseados. Nos últimos anos, essa técnica tem sido rotineiramente aplicada a fontes de raio-X síncrotron (2) em todo o mundo, obtendo imagens altamente sensitivas e quantitativas a resoluções espaciais de mais alto nível, em dimensões de dezenas de nanômetros (nm). O diâmetro da molécula de DNA possui em torno de 2,5 nm.

(2) Para mais informações, acesse: Acelerador de partículas Sirius: Orgulho Brasileiro!

No caso da análise visando medir a massa dos cromossomos, a fina resolução da pticografia por raios-X foi possível graças a feixes de luz síncrotron gerados pelo acelerador Diamond Light Source, os quais são bilhões de vezes mais brilhantes do que o Sol (em relação ao número de fótons produzido em uma dada unidade de tempo). A análise cromossômica ocorreu durante a metáfase, período quando as células estão prestes a se dividirem em duas. Essa fase é também quando as proteínas associadas ao DNA estão muito compactadas, gerando estruturas mais precisas.

A análise rendeu um 'cariótipo de raios-X' baseado nos elétrons espalhados ao longo da estrutura cromossômica, indicando uma massa total para os 46 cromossomos de 242 picogramas (1 picograma = 1 trilionésimo de uma grama). Esse valor é muito maior do que o esperado e, se replicado por outros estudos, aponta para um excesso inexplicável de massa nos cromossomos. Para comparação, um estudo publicado em 2019 no periódico BMC Research Notes (Ref.2), a partir de dados previamente acumulados na literatura acadêmica, havia calculado que a massa total estimada dos 46 cromossomos no sexo masculino (XY) era de 6,41 pg e, no sexo feminino (XX), era de 6,51 pg.

Esse enorme excesso de massa, caso confirmado, indica que componentes presentes no nosso material genético estão sendo ignorados, ou que as proteínas associadas podem não estar bem caracterizadas. Esclarecer melhor a estrutura cromossômica pode ter implicações importantes não apenas para a saúde humana, mas também para o campo da evolução biológica.

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CURIOSIDADE: As células humanas e de outros animais, plantas, protozoários e fungos (eucariontes) possuem um pequeno cromossomo circular encontrado em uma organela celular chamada de mitocôndria, nossa 'usina de energia'. As mitocôndrias, segundo apontam todas as evidências, são ancestrais evolutivos de antigas bactérias que iniciaram uma relação simbionte com outras células anaeróbicas. Essas organelas possuem um processo de divisão independente da célula eucariótica. Para mais informações, acesse: A mitocôndria não é um presente exclusivo da mãe

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REFERÊNCIAS

Referência adicional: University College London