Condensação de DNA mediada por nucleoproteínas e poliaminas

Abstract

Introdução: A condensação de cadeias longas de DNA em espaços confinados como o núcleo eucariótico é um fenômeno-chave para viabilização de formas elaboradas de Vida. Histonas e protaminas são proteínas especializadas nesse processo, sendo fundamentais para a formação da cromatina. Poliaminas também são macromoléculas relevantes em processos biológicos de compactação do DNA. Objetivos: Investigar em detalhe a estrutura de sistemas-modelo de DNA complexado com nucleoproteínas e poliaminas, com ênfase na escala nanoscópica. Métodos: Complexos de DNA de timo de boi foram formulados com histonas, protaminas, espermina ou espermidina. As análises foram feitas por espectroscopia de fluorescência, dicroísmo circular (CD), espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS), microscopia ótica de luz polarizada (MOLP) e microscopia de força atômica combinada com infravermelho (AFM-IR). Resultados: A análise de dados de fluorimetria usando a equação de Hill indicou forte afinidade entre DNA e nucleoproteínas, no contexto de uma associação cooperativa. Por outro lado, entre DNA e poliaminas essa associação é substancialmente mais fraca. A estrutura secundária do DNA não é afetada pela complexação mesmo quando os condensados implicam alto grau de enovelamento da cadeia. A estrutura resolvida por SAXS indica o surgimento de ordem interna em condensados com protaminas e histonas, organizados provavelmente em fases hexagonais e colestéricas, respectivamente. No caso de associação com poliaminas, aparentemente não há formação de condensados e a estrutura fibrilar do DNA é mantida praticamente inalterada. As informações de AFM-IR apontam a formação de glóbulos nanométricos em complexos com protaminas e agregados elongados em sistemas com histonas. A estrutura fibrilar em complexos DNA/poliamina é confirmada. As assinaturas vibracionais indicam que a estrutura secundária dos condensados é majoritariamente desordenada, porém, frações significativas de beta-folha provavelmente são relevantes para sua estabilização. Conclusões: a capacidade de associação DNA/ligante pode ser ordenada da seguinte forma: protamina > histona > espermina > espermidina, sendo o processo de associação cooperativo no caso de nucleoproteínas. Protaminas formam condensados nanométricos, altamente compactados em geometrias globulares, ao passo que histonas foram agregados elongados. As nucleoproteínas são capazes de induzir alto grau de ordenamento interno, possivelmente com a presença de fases-líquido cristalinas hexagonais e colestéricas. As poliaminas não formam condensados, embora a associação com DNA seja evidenciada.