Uma equipe de pesquisa liderada pelo cientista David Reverter da Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) identificou o mecanismo molecular que regula a divisão celular bacteriana. A descoberta revela como a proteína MraZ se liga ao operão dcw para controlar esse processo. As descobertas foram publicadas na Nature Communications.
A divisão celular é essencial para todos os organismos vivos e depende da atividade coordenada de muitas proteínas e componentes regulatórios. Na maioria das bactérias, as instruções para esse processo estão organizadas em um grupo de genes conhecido como operão dcw. Este cluster contém as informações genéticas necessárias para produzir proteínas responsáveis tanto pela divisão celular quanto pela construção da parede celular bacteriana.
Como o Operão dcw Ativa os Genes da Divisão Celular
Os genes desse cluster são ativados por proteínas conhecidas como fatores de transcrição. Essas proteínas se conectam a uma seção específica do DNA chamada promotor, que marca onde a transcrição começa. Esse ponto de partida aparece logo antes do primeiro códon (a unidade básica de informação genética) que sinaliza o início da sequência da proteína.
Um desses fatores de transcrição é a MraZ, que também é o primeiro gene dentro do operão dcw em todas as bactérias. Quando MraZ ativa o operão, os genes do cluster produzem as proteínas necessárias para a divisão das bactérias. Dessa forma, MraZ atua como o regulador chave que controla a atividade do operão que governa a divisão celular na maioria das espécies bacterianas.
Imaginando o Mecanismo Molecular da Divisão Bacteriana
O grupo de pesquisa da UAB, liderado por David Reverter, professor pleno do Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular e pesquisador do Instituto de Biotecnologia e Biomedicina da UAB (IBB-UAB), descobriu o mecanismo detalhado por trás dessa regulação. A equipe utilizou métodos avançados de biologia estrutural, incluindo cristalografia de raios X e criomicroscopia eletrônica.
Essas técnicas permitiram que os cientistas determinassem como o fator de transcrição MraZ se liga ao promotor do operão dcw na bactéria Mycoplasma genitalium. Este microrganismo é frequentemente utilizado em estudos de laboratório devido ao seu genoma extremamente pequeno.
Visão em Nível Atômico da Ligação da Proteína MraZ ao DNA
A região do promotor do operão dcw contém quatro segmentos repetidos, ou “caixas”, cada um composto por seis nucleotídeos. Essas sequências de DNA repetidas desempenham um papel fundamental na regulação da transcrição.
Ao examinar o sistema com criomicroscopia eletrônica, os pesquisadores puderam observar a interação entre a proteína MraZ e as bases de DNA dessas quatro caixas repetidas em quase resolução atômica. Suas observações mostraram que a MraZ precisa passar por uma mudança estrutural para se ligar com sucesso ao operão.
“Esta é uma observação surpreendente. A proteína MraZ é um octâmero formado por oito subunidades idênticas unidas na forma de um donut, mas com uma curvatura que nunca permitiria a união com as quatro ‘caixas’ do promotor. No entanto, para regular a divisão celular, vemos como o donut se quebra e se deforma de forma que quatro das subunidades podem se unir às quatro caixas do promotor,” explica David Reverter.
Um Avanço Significativo na Compreensão da Divisão Celular Bacteriana
Visualizar diretamente como a MraZ interage com o DNA promotor que inicia a divisão celular representa um grande avanço. Até agora, os pesquisadores que estudavam esse sistema se baseavam principalmente em experimentos bioquímicos e modelagem computacional para inferir como o mecanismo funcionava.
De acordo com Reverter, o sistema regulatório identificado neste estudo é provavelmente amplamente disseminado entre as bactérias. “É universal para a maioria das bactérias, uma vez que todas as proteínas MraZ são muito semelhantes, possuem a mesma estrutura de octâmero e as sequências de DNA dos promotores dos operões que regulam a divisão celular também são similares,” conclui Reverter.
Colaboração Internacional por Trás do Estudo
A pesquisa foi liderada pela equipe de David Reverter no Instituto de Biotecnologia e Biomedicina e no Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular da UAB. O trabalho foi realizado em colaboração com o sincrotrão ALBA e o serviço de criomicroscopia eletrônica do Instituto de Genética e Biologia Molecular e Celular de Estrasburgo, França.
