Elementos de transposicao

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Elementos de Transposição – Transposons (Tn) seqüências de Inserção (IS)
Recombinação não é um fenômeno exclusivo da profase I da meiose, que ocorre entre cromossomos homólogos. Existem outros tipos de recombinações, que geralmente dependem de alguma enzima que reconheça determinadas sequências de DNA. Elementos de transposição, ou transposons, são segmentos de DNA que podem se transferir de uma região para outra do genoma, deixando ou não uma cópia no local antigo onde estavam. A transposição pode ser para o mesmo cromossomo, ou para outro cromossomo. De um plasmídeo para o genoma bacteriano e vice-versa, de um plasmídeo para outro dentro da mesma bactéria e da bactéria para um vírus bacteriófago e vice-versa. O mecanismo pelo qual esse processo ocorre pode ser considerado como um tipo de recombinação.
Quase ao mesmo tempo em que os elementos de inserção (IS) foram descritos, verificou-se que alguns genes responsáveis pela resistência bacteriana aos antibióticos eram também capazes de transferir-se de uma molécula DNA para outra. A primeira evidência direta de que tal transferência ocorre através de um processo análogo ao da inserção de um elemento IS, foi feita por Hedges e Jacob (1974). Esses pesquisadores verificaram que a transferência do gene que confere resistência a ampicilina de um plasmídeo para outro, era sempre acompanhada pelo aumento de tamanho do plasmídeo receptor. Também, esse plasmídeo podia doar o referido gene para outros plasmídeos. Em decorrência dessa transposição, esses autores denominaram tal elemento de transposon. Assim, pode-se definir transposons como genes ladeados por segmentos de inserção.
Figura 1 acima mostra o modelo corta-e-cola (o fragmento de DNA “saltou” de um sítio do cromossomo para outro). Se dois segmentos cromossômicos não homólogos estão muitos próximos e há identificação (homologia) nas sequências de DNA das extremidades, esse fragmento pode saltar de um cromossomo para o outro. Processo que se assemelha a uma recombinação (ver também a figura 3 abaixo).
Descobertos inicialmente no milho, por Barbara McClintock, em torno de 1950, e bem mais tarde em bactérias. Estão presentes em todos os organismos. Existe uma enzima associada com a transposição, denominada transposase. A transposase normalmente é codificada pelo próprio elemento de transposição, que portanto, carrega consigo o mecanismo para a transposição. Outros elementos importantes da transposição são as extremidades do mesmo, geralmente repetições invertidas na faixa de 30bp. 
Especificidade de alvo para a transposição: alguns transposons são bastante genéricos na sua escolha de alvo, e podem se transpor de forma "quase" aleatória dentro de um genoma. Exemplos: Tn5, DNA do fago Mu. Em contraste com estes, existem outros que tem locais altamente preferenciais para a inserção do transposon. Por exemplo o Tn7 tem um sítio favorito, para o qual se transpõe com alta eficiência, mais alta do que seria esperado para eventos de transposição. Por outro lado, o mesmo Tn7 pode se transpor-se para muitos outros locais do DNA, mas com frequência muito mais baixa. 
Classe 1: chamados de elementos de RNA porque o elemento de DNA no genoma é transcrito em uma cópia de RNA. Essa cópia é convertida em DNA pela transcriptase reversa e é então inserida em outro local (alvo) o genoma. São chamados também de retroelementos, pois se movimentam ao longo do genoma por retrotransposiçao. Por exemplo, existem mais de um milhão dessas cópias no genoma humano, sendo chamadas de seqüências Alu. A sua expansão no homem é muito grande pois o modelo de propagação é “copia-e-cola”. Essas sequências têm esse nome, pois apresentam um sítio de restrição para a enzima de restrição Alu. Retrotransposons: são encontrados com mais freqüência em mamíferos. Os LINE (elementos longos intercalares) e os SINE (elementos curtos intercalares, incluindo as sequências Alu). Nos genoma humano estima-se a presença de cerca de 40.000 elementos LINE e cerca de 500.000 elementos SINE. 
Classe 2: chamados de elementos de DNA. São segmento de DNA que de deslocam ao longo do genoma, contendo ou não genes (jumping genes).
O termo elementos ou seqüências de inserção (IS) é aplicado à tranposição em bactérias. Foram descritos primeiramente em Escherichia coli. Estudos subseqüentes mostraram a presença na bactéria E. coli de pequenos segmentos de DNA de tamanho aproximado de um gene (de 300 a 1400 pares de nucleotídeos), não dotados de existência autônoma e altamente especializados em se inserir no cromossomo desses organismos. São conhecidos atualmente vários tipos de segmentos ou elementos de inserção, denominados de IS. Cada bactéria pode apresentar várias cópias desses segmentos de inserção, os quais podem mover-se no cromossomo ou transferir-se para os plasmídeos ou vírus, ligando ou desligando a expressão gênica segundo a sua orientação de inserção. Curiosamente, a inserção se faz independentemente da existência de seqüências extensas de homologia entre eles e os cromossomos, graças à presença de extremidades complementares e invertidas de DNA (conecida como recombinação ilegítima).
Tipos de elementos de transposição: procariotos
sequências de inserção (IS): tipicamente pequenas, na faixa de 1kb, tem as terminações invertidas e algum genes para uma transposase. Entre as várias sequências de inserção, as extremidades são diferentes, e a transposase também. Exemplos de sequência de inserção: IS1, IS10.
Elementos de transposição: São flanqueados por sequências de inserção iguais e pode conter alguns genes entre elas. O DNA central geralmente contém outros genes, principalmente genes que confiram alguma vantagem seletiva, tipo genes de resistência a antibióticos. Foram inicialmente denominados como Fatores R (de resistência bacteriana aos antibióticos). Outros genes aí encontrados: genes de virulência (toxinas), genes do metabolismo, adicionando novas características às bactérias.
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Figura 2. 
Tamanho típico da ordem de 5kb. Como existem sequências de inserção completas nas extremidades do elemento, estes também podem transpor-se de forma independente, sem levar todo o transposon, mas deixando ainda uma cópia do transposon completo no local onde estava. Nestes transposons a transposase é feita pelas sequências de inserção, das extremidades. Não existe uma pressão seletiva pela manutenção de dois genes codificando a transposase, e, em alguns casos, são encontradas pequenas modificações nas sequências dos dois ISs das extremidades, e um deles já não codifica mais a transposase. Alguns exemplos de elementos deste tipo: Tn10 (resistência a tetraciclina) e Tn5 (resistência a canamicina). 
Elementos de transposição compostos: contém vários genes.
Continuam tendo extremidades com repetições invertidas. O gene da transposase está contido no transposon, assim como outros genes. O tamanho típico aqui também é de 5kb. Alguns exemplos de transposons: a família do Tn3 (vários transposons muito semelhantes). O Tn3 é muito estudado, e as propostas de mecanismo de transposição foram baseadas neste elemento. Outro: o Tn7, que tem a particularidade de ter 5 genes envolvidos com a transposição, ao invés de um único como é o mais comum. Ele tem um tamanho maior, de 14kb.
Figura 3. O processo chave no mecanismo de transposição está nas seqüências de bases de ambas as extremidades de cada elemento de transposição. A inserção no DNA receptor depende da homologia de pareamento (complementaridade) de ambas as extremidades, como mostra a figura 4 abaixo. A figura 3 acima assemelha a um processo de recombinação. Dois segmentos cromossomos próximos, um dos cromossomos transporta para o outro o fragmento de DNA. 
Figura 4. Mostra um exemplo de transposição em que em (a) tem-se uma cópia do IS1, que está próximo de outro sitio cromossômico (alvo), que possui sequencias de DNA que tem complementaridade com as suas extremidades. Em (b) o IS inseriu-se no meio dos segmento roxo do cromossomo, e em (c)visualização o cromossomo agora com dois elementos IS1.
Figura 5. Modelo de transposon mostrando as sequências invertidas e complementares em ambas as suas extremidades.
Figura 6. Esquema de um transposon, destacando-se em vermelho a sequência de pares de bases no cromossomo alvo, que é clivada pela enzima transposase, sendo complementar às extremidades do transposon.
Bacteriófago Mu. 
Este é um fago temperado, de 37,5 kb, e que tem como particularidade o fato de se replicar por transposições sucessivas no genoma bacteriano. 
Durante o seu ciclo lítico temos então uma transposição intensa, desregulada, levando a cerca de 100 cópias do DNA num período de 1 hora. No final do ciclo o DNA é encapsulado em capsídeos e as células são lisadas.
Elementos de transposição de eucariotos: Existe uma grande quantidade de elementos de transposição nos eucariotos, alguns funcionais e alguns como seqüências aleatórias não funcionais. Algumas espécies, tais como o milho, tem mais de 50% de seu genoma formado por sequências de elementos de transposição, e acredita-se que no homem este número seja de 40%, constituídos por sequências LINEs e Alu.
Nos eucariotos existem dois tipos básicos de elementos de transposição: os que utilizam uma fase de RNA no seu processo de transposição (retrotransposon), com a utilização da enzima transcriptase reversa, e os que não fazem isso e são chamados de elementos de transposição de DNA.
Mecanismo de transposição em procariotos
Em E.coli, podemos identificar os modos replicativo e conservativo (não-replicativo) de transposição. No modo replicativo, uma nova cópia do elemento de transposição é gerada no evento da transposição. Os resultados da transposição são que uma cópia surge no novo sítio e uma cópia permanece no antigo. No modo conservativo, não há replicação. O elemento e excisado do cromossomo ou plasmídeo e é integrado no novo sítio.
Consequências moleculares da transposição: a transposição replicativa aumenta o tamanho dos plamídeos e do cromossomo bacteriano. A transposição também provoca deleções de pares de bases no cromossomo doador e inserções de bases no cromossomo receptor. A inserção por provocar a chamada mutagênese insercional, quando a integração ocorre no meio de um gene e muda a sua estrutura; pode haver também a inserção em regiões promotoras ocasionando em alterações na expressão gênica.
Mecanismo de transposição em eucariotos
Os mecanismos de transposição em eucariontes são ainda mais prevalentes que em procariontes, pois chegam a perfazer de 25% a 40% dos cromossomos dos mamíferos, uma vez que foram se acumulando ao longo da evolução. Metade das mutações espontâneas vistas em Drosophilas é atribuída aos movimentos dos transposons. 
Figura 7. Imagem de um transposon em microscopia eletrônica (aumento de 70.000X).
Texto elaborado por Cesar Koppe Grisolia
GEM/IB – Universidade de Brasília.
Lembre-se que este é apenas um apanhado do que sejam transposons e mecanismos de transposição. Este texto não substitui a leitura do capítulo dos livros indicados