Purificação de cromatina de locus gênico de cópia única em Saccharomyces cerevisiae

A organização dinâmica de genomas eucarióticos em cromatina compacta o DNA para caber dentro dos limites do núcleo, garantindo dinâmica suficiente para a expressão gênica e acessibilidade para fatores regulatórios. Em parte, essa versatilidade é mediada pelo nucleossomo, a unidade básica da cromatina, que compreende uma partícula central com 147 pb de DNA envolto ~1,7 vezes em torno do oitâmero de histona¹. O nucleossomo é uma estrutura altamente dinâmica em relação à sua composição, com numerosas variantes de histonas e modificações pós-traducionais (MPTs) nas caudas das histonas N- e C-terminais. Além disso, a cromatina eucariótica interage com uma infinidade de outros componentes essenciais, tais como fatores de transcrição, maquinário de processamento de DNA e RNA, proteínas arquitetônicas, enzimas envolvidas no remodelamento e modificação da cromatina e moléculas de RNA associadas à cromatina. Essas máquinas cruciais envolvidas na transcrição, replicação e reparo requerem acesso à cromatina, que serve como substrato natural para esses processos. Consequentemente, compreender os mecanismos moleculares subjacentes a essas transações de DNA requer uma definição precisa das alterações coletivas na estrutura da cromatina nas regiões genômicas específicas onde essas máquinas convergem e facilitam as reações biológicas.

Apesar da identificação de numerosos fatores da cromatina através de estudos genéticos e de interação proteína-proteína, a realização de análises diretas, imparciais e abrangentes das interações da cromatina em sítios genômicos específicos tem permanecido um obstáculo significativo ^2,3. Inicialmente, apenas regiões altamente abundantes do genoma (isto é, loci repetitivos) ou plasmídeos multicópias poderiam ser isolados em quantidade e pureza suficientes para a identificação espectrométrica de massa das proteínas associadas 4,5,6,7. Uma série de novas abordagens baseadas na hibridização direta de sondas de captura para DNA cromatinizado, biotinilação de proximidade usando o sistema CRISPR-dCas9 ou a ligação de proteínas adaptadoras sequenciais específicas ao locus de interesse começaram a desvendar o proteoma de loci de cópia única de genomas de leveduras e mamíferos8,9,10 . No entanto, todos esses métodos requerem reticulação de formaldeído para estabilizar as interações proteína-DNA e sonicação para solubilizar a cromatina para posterior purificação. Juntas, ambas as manipulações excluem a possibilidade de estudos estruturais e funcionais subsequentes da cromatina purificada.

Para superar essas limitações, desenvolvemos previamente uma metodologia que emprega recombinação sítio-específica para extrair domínios cromossômicos direcionados de leveduras^11,12. Em essência, a região genômica de interesse é cercada por sítios de reconhecimento (RS) para a R-recombinase sítio-específica de Zygosaccharomyces rouxi, incorporando simultaneamente um grupo de três sítios de ligação ao DNA para a proteína LexA repressora transcricional procariótica (LexA) dentro da mesma região. As células de levedura contêm um de expressão para a expressão simultânea de R-recombinase e uma proteína LexA fundida a uma etiqueta de purificação de afinidade em tandem (TAP). Após a indução da R-recombinase, a enzima excisa eficientemente a região alvo do cromossomo na forma de um domínio circular da cromatina. Este domínio pode ser purificado através da proteína adaptadora LexA-TAP, que se liga aos sítios de ligação do ADN LexA, bem como a um suporte de afinidade. Este método tem sido recentemente utilizado para isolar domínios distintos da cromatina contendo origens de replicação selecionadas do cromossomo III da levedura¹³.

Uma grande vantagem desta abordagem ex vivo é que ela permite análises funcionais do material isolado. Por exemplo, domínios de origem de replicação purificados com este método podem ser submetidos a ensaios de replicação in vitro para avaliar a eficiência de disparo de origem em um tubo de ensaio a partir de modelos de cromatina montados in vivo nativos. Em última análise, a caracterização bioquímica e funcional do material isolado pode permitir a reconstituição de processos nucleares utilizando proteínas purificadas em conjunto com o molde de cromatina nativa. Em resumo, esta metodologia abre um caminho empolgante na pesquisa da cromatina, pois será possível acompanhar as mudanças composicionais e estruturais coletivas da cromatina de uma região genômica específica submetida a uma determinada transação cromossômica.