Transposons: tipos e características - Ciência - 2023

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o transposons ou elementos transponíveis são fragmentos de DNA que podem mudar sua localização no genoma. O evento de movimento é chamado de transposição e eles podem se mover de uma posição para outra, dentro do mesmo cromossomo, ou mudar de cromossomo. Eles estão presentes em todos os genomas e em números significativos. Eles foram amplamente estudados em bactérias, leveduras, em Drosófila e no milho.

Esses elementos são divididos em dois grupos, levando em consideração o mecanismo de transposição do elemento. Assim, temos os retrotransposons que usam um intermediário de RNA (ácido ribonucleico), enquanto o segundo grupo usa um intermediário de DNA. Este último grupo são os transposons sensus stricto.

Uma classificação mais recente e detalhada usa a estrutura geral dos elementos, a existência de motivos semelhantes e a identidade e semelhanças de DNA e aminoácidos. Desta forma, são definidas as subclasses, superfamílias, famílias e subfamílias de elementos transponíveis.

Perspectiva histórica

Graças às investigações realizadas no milho (Zea mays) por Barbara McClintock em meados da década de 1940, a visão tradicional de que cada gene tinha um lugar fixo em um cromossomo específico e fixo no genoma poderia ser modificada.

Esses experimentos deixaram claro que certos elementos tinham a capacidade de mudar de posição, de um cromossomo para outro.

McClintock originalmente cunhou o termo "elementos de controle", uma vez que controlavam a expressão do gene onde foram inseridos. Os elementos foram posteriormente chamados de genes saltadores, genes móveis, elementos genéticos móveis e transposons.

Por muito tempo, esse fenômeno não foi aceito por todos os biólogos e foi tratado com certo ceticismo. Hoje, os elementos móveis são totalmente aceitos.

Historicamente, os transposons eram considerados segmentos de DNA "egoístas". A partir da década de 1980, essa perspectiva começou a mudar, já que foi possível identificar as interações e o impacto dos transposons no genoma, do ponto de vista estrutural e funcional.

Por essas razões, embora a mobilidade do elemento possa ser deletéria em certos casos, pode ser vantajosa para populações de organismos - análogo a um "parasita útil".

Características gerais

Os transposons são pedaços distintos de DNA que têm a capacidade de se mobilizar dentro de um genoma (chamado de genoma "hospedeiro"), geralmente criando cópias de si mesmo durante o processo de mobilização. A compreensão dos transposons, suas características e seu papel no genoma, mudou ao longo dos anos.

Alguns autores consideram que um "elemento transponível" é um termo guarda-chuva para designar uma série de genes com características diversas. A maioria destes possui apenas a sequência necessária para sua transposição.

Embora todos compartilhem a característica de poder se movimentar no genoma, alguns são capazes de deixar uma cópia de si mesmos no local de origem, levando ao aumento de elementos transponíveis no genoma.

Abundância

O sequenciamento de diferentes organismos (microrganismos, plantas, animais, entre outros) mostrou que os elementos transponíveis existem em praticamente todos os seres vivos.

Os transposons são abundantes. Nos genomas dos vertebrados, ocupam de 4 a 60% de todo o material genético do organismo, e nos anfíbios e em um determinado grupo de peixes os transposons são extremamente diversos. Existem casos extremos, como o milho, em que os transposons constituem mais de 80% do genoma dessas plantas.

Em humanos, os elementos transponíveis são considerados os componentes mais abundantes do genoma, com abundância de quase 50%. Apesar de sua notável abundância, o papel que desempenham no nível genético não foi totalmente elucidado.

Para fazer essa figura comparativa, vamos levar em consideração as sequências de DNA codificantes. Estes são transcritos em RNA mensageiro que finalmente é traduzido em uma proteína. Em primatas, o DNA codificador compreende apenas 2% do genoma.

Tipos de transposons

Geralmente, os elementos transponíveis são classificados com base na maneira como se movem no genoma. Assim, temos duas categorias: os elementos da classe 1 e os da classe 2.

Itens de classe 1

Eles também são chamados de elementos de RNA, porque o elemento de DNA no genoma é transcrito em uma cópia do RNA. A cópia do RNA é então convertida de volta em outro DNA que é inserido no local alvo do genoma do hospedeiro.

São também conhecidos como retroelementos, pois seu movimento é dado pelo fluxo reverso da informação genética, do RNA para o DNA.

O número desses tipos de elementos no genoma é enorme. Por exemplo, as sequências Alu no genoma humano.

O rearranjo é do tipo replicativo, ou seja, a sequência permanece intacta após o fenômeno.

Itens de classe 2

Os elementos da classe 2 são conhecidos como elementos de DNA. Esta categoria inclui transposons que se movem por si próprios de um lugar para outro, sem a necessidade de um intermediário.

A transposição pode ser do tipo replicativa, como no caso dos elementos da classe I, ou pode ser conservadora: o elemento é dividido no evento, para que o número de elementos transponíveis não aumente. Os itens descobertos por Barbara McClintock pertenciam à classe 2.

Como a transposição afeta o hospedeiro?

Como mencionamos, os transposons são elementos que podem se mover dentro do mesmo cromossomo ou saltar para um diferente. No entanto, devemos nos perguntar como o ginástica do indivíduo devido ao evento de transposição. Isso depende essencialmente da região onde o elemento é transposto.

Assim, a mobilização pode afetar positivamente ou negativamente o hospedeiro, seja pela inativação de um gene, modulação da expressão gênica ou indução de recombinação ilegítima.

Se ele ginástica do hospedeiro é drasticamente reduzido, esse fato terá efeitos sobre o transposon, uma vez que a sobrevivência do organismo é fundamental para sua perpetuação.

Portanto, algumas estratégias foram identificadas no hospedeiro e no transposon que ajudam a reduzir o efeito negativo da transposição, alcançando um equilíbrio.

Por exemplo, alguns transposons tendem a se inserir em regiões não essenciais do genoma. Assim, o impacto da série provavelmente é mínimo, como nas regiões de heterocromatina.

Por parte do hospedeiro, as estratégias incluem a metilação do DNA, que consegue reduzir a expressão do elemento transponível. Além disso, alguns RNAs interferentes podem contribuir para este trabalho.

Efeitos genéticos

A transposição leva a dois efeitos genéticos fundamentais. Em primeiro lugar, eles causam mutações. Por exemplo, 10% de todas as mutações genéticas no camundongo são o resultado de rearranjos de retroelementos, muitos deles são regiões codificantes ou regulatórias.

Em segundo lugar, os transposons promovem eventos de recombinação ilegítima, resultando na reconfiguração de genes ou cromossomos inteiros, que geralmente carregam deleções de material genético. Estima-se que 0,3% das doenças genéticas em humanos (como leucemias hereditárias) surgiram dessa forma.

Acredita-se que a redução do ginástica do hospedeiro devido a mutações deletérias é a principal razão pela qual os elementos transponíveis não são mais abundantes do que já são.

Funções de elementos transponíveis

Os transposons eram originalmente considerados genomas de parasitas que não tinham função em seus hospedeiros. Hoje, graças à disponibilidade de dados genômicos, mais atenção tem sido dada às suas possíveis funções e ao papel dos transposons na evolução dos genomas.

Algumas supostas sequências regulatórias foram derivadas de elementos transponíveis e foram conservadas em várias linhagens de vertebrados, além de serem responsáveis por diversos desenvolvimentos evolutivos.

Papel na evolução dos genomas

De acordo com pesquisas recentes, os transposons tiveram um impacto significativo na arquitetura e na evolução dos genomas dos seres orgânicos.

Em pequena escala, os transposons são capazes de mediar mudanças nos grupos de ligação, embora também possam ter efeitos mais relevantes, como mudanças estruturais consideráveis na variação genômica, como deleções, duplicações, inversões, duplicações e translocações.

Os transposons são considerados fatores muito importantes que moldaram o tamanho dos genomas e sua composição em organismos eucarióticos. Na verdade, existe uma correlação linear entre o tamanho do genoma e o conteúdo dos elementos transponíveis.

Exemplos

Os transposons também podem levar à evolução adaptativa. Os exemplos mais claros da contribuição dos transposons são a evolução do sistema imunológico e a regulação da transcrição por meio de elementos não codificantes na placenta e no cérebro dos mamíferos.

No sistema imunológico dos vertebrados, cada um dos grandes números de anticorpos é produzido por um gene com três sequências (V, D e J). Essas sequências são fisicamente separadas no genoma, mas se unem durante a resposta imune por meio de um mecanismo conhecido como recombinação VDJ.

No final da década de 90, um grupo de pesquisadores descobriu que as proteínas responsáveis pela junção VDJ eram codificadas com os genes RAG1 Y RAG2. Estes não tinham íntrons e podiam causar a transposição de sequências específicas para alvos de DNA.

A falta de íntrons é uma característica comum dos genes derivados da retrotransposição do RNA mensageiro. Os autores deste estudo argumentaram que o sistema imunológico dos vertebrados surgiu graças aos transposons que continham o ancestral dos genes. RAG1 Y RAG2.

Estima-se que cerca de 200.000 inserções foram exaptadas na linhagem de mamíferos.

Referências

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