Transposons - Elementos genéticos de transposição

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TRANSPOSONS 
• O plantio do milho é um dos cultivos mais importantes do 
mundo (seus grãos são de elevado valor nutritivo, é 
empregado na alimentação humana e principalmente dos 
animais). Os nativos das Américas do Norte e do Sul 
desenvolveram muitas variedades diferentes de milho que 
continham grão coloridos (vermelhos, amarelos, azuis, branco e 
púrpura) e associaram cada cor a um valor estético e religioso. 
 
• Os padrões coloridos que vemos nas espigas de milho, também 
tem um importante significado científico. Pesquisas mostraram 
que as listras e pontos nos grãos, são o resultado de um 
fenômeno genético chamado de transposição. 
• No genoma do milho e da maioria do genoma dos organismos, 
foram encontrados sequências de DNA que podem mover-se de 
uma posição para outra. 
 
• Quando se movem de um local para outro, eles podem quebrar 
cromossomos ou mutar genes. 
• São segmentos lineares de DNA capazes de mudar de posição dentro do 
genoma (importantes para a variabilidade genética das espécies). 
 
• Foram descritos pela primeira vez pela pesquisadora Barbara 
McClintock nas décadas de 1940 e 1950. 
Recebeu o Prêmio Nobel de 
Fisiologia ou Medicina de 1983 
pela descoberta dos elementos 
genéticos móveis 
• “Elementos genéticos que mudavam de posição no genoma, 
alterando genes que resultavam em diferentes cores e 
composição dos grãos.” 
 
• Sequencias móveis de DNA; 
 
• Promovem a expansão e mudanças na estrutura do genoma; 
 
• Compreende 50-80% do genoma de algumas plantas; 
 
 
• Transposons de cortar e colar: mecanismo onde o elemento é 
fisicamente cortado de um sítio em um cromossomo e colado em 
outro sitio, que pode até mesmo ser em um cromossomo 
diferente. 
Um transposon é 
removido de um 
dado local e inserido 
em outro. 
• Transposons replicativos: transposição é feita envolvendo 
replicação do DNA do elemento de transposição. Ocorre uma 
interação entre o elemento e um sítio potencial de inserção. 
Durante a interação, o elemento é replicado e uma cópia dele 
é inserida em um novo sítio; uma cópia também permanece no 
sítio original. 
Um transposon é 
duplicado antes de 
ser transportado 
para um novo 
local 
• Retrotransposons: 
1) Transcrição do elemento integrado, 
dando origem a um RNA. 
2) Conversão do RNA em DNA de fita 
dupla, pela transcriptase reversa codificada 
pelo próprio transposon. 
3) Inserção desse cDNA em um sítio 
genômico, similar a transposição 
conservativa. 
• Um transposon de cortar e colar é removido de uma posição 
genômica e inserido em outra por uma enzima, a transposase, 
que é geralmente codificada pelo próprio transposon. 
 
• Um transposon replicativo é copiado durante o processo de 
transposição. 
 
• Um retrotransposon produz moléculas de RNA que sofrem 
transcrição reversa em molécula de DNA. Essas moléculas de 
DNA são subsequentemente inseridas nas novas posições 
genômicas. 
• Embora os elementos tenham sido originalmente descobertos 
em eucariotos, os transposons bacterianos foram os primeiros a 
serem estudados em nível molecular. 
 
• Existem 3 tipos: 
 - sequências de inserção, ou elementos IS; 
 - transposons compostos; 
 - elementos Tn3 
Os grupos diferem em 
tamanho e estrutura. 
• Os elementos IS são os mais simples, contendo apenas genes 
que codificam proteínas envolvidas em transposição. 
 
• Os transposons compostos e os elementos Tn3 são mais 
complexos, contendo alguns genes que codificam produtos não 
relacionados ao processo de transposição. 
• Os transposons bacterianos mais simples são as sequências de 
inserção, assim chamados porque podem inserir-se em muitos 
sítios diferentes em cromossomos bacterianos e plasmídeos. 
 
• São capazes de se inserir em muitos locais diferentes no 
cromossomo e no plasmídeo, eles codificam a enzima 
transposase que se liga a extremidade do transposon e corta 
as duas fitas, retirando o elemento do cromossomo ou 
plasmídeo, deixando livre para ser inserido em outra posição, 
podendo ser na mesma ou em outra molécula de DNA. 
• Cada elemento é demarcado por sequencias idênticas, ou 
quase idênticas, curtas em suas pontas. Como essas sequencias 
terminais estão sempre em orientação inversa, uma em relação 
a outra , elas são chamadas de repetições terminais invertidas. 
São características da maioria 
dos tipos de transposons, mas não 
de todos. 
A transposase se 
liga a 
extremidade do 
transposon e 
corta as duas 
fitas, retirando o 
elemento do 
cromossomo e 
ela deixa ele 
livre para se 
inserir em outra 
posição. 
• Quando elementos IS são inseridos em cromossomos ou plasmídeos, 
eles criam uma duplicação de parte da sequência do DNA no sítio 
de inserção. Uma cópia da duplicação está situada em cada lado 
do elemento. Estas curtas sequências de repetição direta, chamadas 
de duplicação de sítio alvo, parecem surgir da clivagem (divisão), 
desencontrada da molécula bi filamentar de DNA. 
• São transposons bacterianos de cortar e colar indicados pelo 
símbolo Tn, são criados quando dois elementos IS são inseridos 
um perto do outro. A região entre eles pode então ser 
transposta pela ação conjunta dos elementos flanqueadores. 
Em Tn9 os elementos 
flanqueadores IS 
estão na mesma 
orientação com 
relação um ao outro. 
Em Tn5 e Tn10, 
a orientação é 
invertida. 
Os genes transportados 
por esses transposons 
conferem resistência 
bacteriana a antibióticos. 
• Os transposons desse grupo, 
são maiores do que os 
elementos IS e geralmente 
contém genes que não são 
necessários para transposição. 
 
• É um transposon replicativo, 
que se transpõe por fusão 
temporária de moléculas de 
DNA para um co-integrado, 
que quando resolvido, cada 
molécula de DNA constituinte 
fica com uma cópia de Tn3. 
• Os transposons composto consistem em dois elementos IS 
flanqueadores de uma região que contém um ou mais genes de 
resistência a antibióticos. 
 
• Plasmídeos conjugativos podem mover transposons que contêm 
genes para resistência a antibióticos de uma bactéria a outra. 
 
• Os transposons bacterianos são demarcados por repetições 
terminais invertidas. Quando elas se inserem em uma molécula 
de DNA, criam uma duplicação no local de inserção. 
> ELEMENTOS Ac e Ds em Milho: 
• McClintock descobriu esses elementos estudando a quebra de 
cromossomos. 
• Ela usou marcadores genéticos que controlavam a cor dos 
grãos de milho para detectar os eventos de quebra. 
* Quando um determinado marcador era 
perdido, Bárbara deduzia que o 
segmento cromossômico no qual estava 
situado também havia sido perdido 
(indicação de que havia ocorrido uma 
quebra). 
A perda de um marcador foi detectada por uma 
mudança na cor da aleurona, a camada mais externa do 
endosperma triploide de grãos de milho. 
O cromossomo 9 da região pigmentada perdeu uma parte do braço curto. 
Então esse pedaço perdido, deve conter um gene inibidor da pigmentação. 
A pesquisadora disse que na região onde ocorre quebra, deveria existir um 
elemento Ds (para dissociação). Mas esse fator sozinho não conseguiria 
promover a quebra (já que isso não foi observado em todas as regiões do 
grão) 
 
 
No braço longo do cromossomo, existe uma região destacada. Esta região seria 
a responsável pela ativação do elemento Ds, a qual ela chamou de Ac (de 
ativador). 
 
 
O elemento Ac codifica uma enzima (chamada de transposase) que vai ativar o 
elemento Ds. Quando essa ativação ocorre, o cromossomo sofre a quebra.Barbara propôs ainda que o elemento Ac poderia estar presente ou não no 
cromossomo. Isso justificaria a ocorrência de quebra somente em alguns 
cromossomos. Somente o cromossomo que apresentou quebra possuia o elemento 
Ac. 
Possui o elemento Ac 
 
Exemplo de como ocorre o mecanismo de ação dos elementos Ac e Ds. 
 
Cromossomo 9 
Gene C 
Observa-se no grão pigmentado, no braço curto do cromossomo 9, que 
aparece uma região de cor diferenciada. 
MILHO PIGMENTADO 
 
Essa região representa o gene C, que é responsável pela pigmentação 
do grão. As células começam então a se dividir e a formar o grão e ao 
final do crescimento, a camada externa fica pigmentada. 
Célula que vai se dividir e formar o grão 
Cromossomo 9 
Gene C 
 
O crescimento ocorre por que as células se dividem. Como todas tem o 
cromossomo com o gene C ativo, ao final, a camada externa do grão 
fica pigmentada. 
Células se dividiram, formou o grão e houve o crescimento 
 
 
É possível observar que no gene responsável pela pigmentação existe 
uma região de cor diferenciada. Essa região é chamada de elemento Ds 
e é responsável por inativar o gene da pigmentação. 
Cromossomo 9 
Gene C 
desabilitado 
Elemento Ds 
MILHO AMARELO 
 
Ao final do crescimento, o grão permanece amarelo pois o gene de 
pigmentação foi inativado. 
Células se dividiram, formou o grão e houve o crescimento 
 
 
MILHO HÍBRIDO 
No braço longo do cromossomo, é possível observar uma região 
marcada que corresponde ao gene ativador, que vai ativar a 
transposição. O gene responsável pela pigmentação está desabilitado. 
Cromossomo 9 
Gene C 
desabilitado 
Gene Ativador 
Elemento Ds 
 
 
No inicio, o milho cresce amarelo, pois o gene de pigmentação está 
inativado. 
Elemento Ds 
Gene C 
Gene Ac 
Cromossomo 9 
 
Sob o controle do gene Ac o elemento Ds troca de lugar , passando a 
ocupar outro lugar no braço curto do cromossomo 9. Esse elemento é o 
transposon. 
Cromossomo 9 
Elemento Ds 
Gene C 
Gene Ac 
Quando o elemento Ds 
trocou de lugar, o gene 
C foi restaurado. 
 
As células geradas a 
partir da que sofreu 
transposição vão 
passar a expressar o 
fenótipo pigmentado. 
 
É assim que aparecem 
as manchas pigmentadas no grão 
• As células que foram então geradas a partir da célula que 
sofreu transposição vão expressar o fenótipo pigmentado. 
Grão de milho visto de cima mostrando a perda do alelo que inibe a 
pigmentação. 
• Correspondem a um grupo de vírus cujo material genético é 
constituído por RNA. 
 
• Eles têm uma enzima chamada transcriptase reversa, que faz uma 
transcrição inversa, produzindo uma molécula de DNA a partir do 
seu RNA (RNA viral para um DNA viral). 
 
• É importante lembrar que a transcrição, que ocorre normalmente em 
todos os outros seres vivos, consiste na síntese de RNA a partir do 
DNA. Uma vez produzido o DNA, este se integra ao cromossomo da 
célula infectada e ocorre a síntese de proteínas virais, seguindo o 
processo normal da síntese proteica (DNA-RNA-proteína). Um 
exemplo muito conhecido de retrovírus é o vírus HIV, agente causador 
da Aids. 
 
• O retrovírus não pode ser combatido pelo fato de sofrer mutação 
constante. 
1) O vírus reconhece a 
superfície da célula 
e se funde com a 
membrana plasmática; 
2) Transcrição reversa 
do RNA do vírus 
em DNA viral; 
3) O DNA viral migra 
para o núcleo da 
célula e se integra com 
o DNA celular; 
4) Transcrição deste 
DNA em RNA viral; 
5) As proteínas 
produzidas e algumas 
moléculas de RNA são 
empacotadas, 
originando centenas de 
novos vírus; Esquema do ciclo reprodutivo do vírus do HIV 
• São elementos de transposição que se amplificam através de um 
intermediário de RNA e são geralmente ativados pelo estresse. Essa 
ativação poderia ter um impacto sobre a expressão dos genes celulares e 
estarem associados a resposta do hospedeiro a certos estímulos. 
 
• Os Retrotransposons atuam por um mecanismo de copiar-colar: o ácido 
desoxirribonucleico (DNA) é transcrito em ácido ribonucleico (RNA) e este 
novamente em ácido desoxirribonucleico (DNA) por ação de uma enzima 
(transcriptase reversa), semelhante ao mecanismo de ação dos retrovírus. 
 
• Esse mecanismo é análogo ao mecanismo de copiar e colar de aplicativos 
de edição de texto em computadores, pois ao copiar a informação e colar 
em outro local, não se elimina a informação original, apenas a duplica. 
 
 
• Consequentemente são muitas das vezes os principais contribuintes 
pela fração repetitiva em genomas grandes. Os retrotransposons que 
possuem longas repetições terminais (LTR) em suas pontas são 
chamados de retrotranposons LTR. 
 
• Os retrotransposons aparecem em duas formas básicas: 
- uma delas formada por uma longa sequencia de pares de bases 
conhecida como LINEs. 
- e outra por uma curta sequencia de pares de bases denominada 
SINEs. 
 
 LINEs contem duas enzimas necessárias para transcrição reversa e 
reintegração ao genoma, chamadas respectivamente de transcriptase 
reversa e integrase. SINEs, não contém os genes de tais enzimas 
dependendo dos LINEs para sua propagação.