18 01 Elementos Geneticos Moveis

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1	
Elementos	
Genéticos	Móveis	
Cap.	9	–	Biologia	Molecular	Básica,	Zaha	5a	edição	
Cap.	11	–	Genética,	um	enfoque	conceitual,	Peirce	3ª	
edição	
	
Transposição	
•  É	a	mudança	de	um	segmento	de	DNA	de	um	sítio	
para	outro	sendo	que	não	existe	similaridade	de	
sequência	envolvida	no	processo	
•  Ocorrem	tanto	em	procariotos	como	eucariotos	
•  A	transposição	pode	ser	para	o	mesmo	cromossomo,	
para	outro	cromossomo,	para	um	plasmídio	ou	para	
um	fago	
•  O	segmento	de	DNA	neste	processo	é	chamado	de	
transposon	ou	elemento	genético	móvel	
Tipos	de	Transposons	
	
DNA	
RNA	
Transposons	de	DNA	
•  Também	chamado	de	Transposon	de	classe	II	
•  Existem	tanto	em	procariotos	como	eucariotos	
•  O	transposon	codifica	proteínas	que	permitem	que	
ele	se	transponha	através	de	dois	mecanismos	
diferentes:	
–  O	segmento	DNA	se	move	diretamente	para	uma	nova	
região	(mecanismo	corta	e	cola	ou	transposição	
conservativa)	
–  O	segmento	DNA	se	replica	e	se	integra	em	outra	região	
(mecanismo	copia	e	cola	ou	transposição	replicativa)	
Transposição	Conservativa	
Corta	E	Cola		
Transposição	Replicativa	
Copia	E	Cola		
2	
Transposons	de	DNA	em	Procariotos	
•  Sequências	de	Inserção	(IS	–	Insertion	
Sequence)	
•  Transposons	(Tn)	
–  Compostos	
–  Não-composto	
Sequências	de	Inserção		
(IS	–	Insertion	Sequence)	
•  São	os	transposons	mais	simples	encontrados	nos	cromossomos	e	
plasmídeos	de	bactérias	
•  Codifica	somente	enzima	transposase	para	mobilização	e	inserção	
•  Tamanho:	768	bp	to	5	kb	
•  As	extremidades	dos	IS	possuem	repetições	terminais	invertidas	(IRs)	
Mecanismo	De	Inserção	Do	Elemento	IS	
Sequências	de	Inserção		 Mecanismo	De	Inserção	Do	Elemento	IS	
•  O	modelo	de	transposição	é	do	tipo	“cortar	e	colar”	ou	
conservativo	pois	o	número	original	de	cópias	se	mantem	
constante	
•  A	transposição	requer	a	transposase,	codificada	pelo	
elemento	IS	
•  A	tranposição	inicia	quando	a	transposase	reconhece	os	IRs	
•  O	sítio	alvo	de	inserção	é	cortado	
•  O	elemento	IS	é	inserido	da	região	do	DNA	clivada	
•  A	DNA	polimerase	preenche	a	lacuna	e	a	ligase	sela	
3	
Transposons	(Tn)	
•  São	semelhantes	aos	elementos	IS	mas	são	
mais	estruturalmente	complexo	e	carregam	
genes	adicionais	
•  Existem	2	tipos	de	transposons:	
–  Compostos	
–  Não-composto	
Transposons	Compostos	
•  Transporta	diferentes	genes	que	são	flanqueados	por	elementos	IS	
•  Tn10	tem	9.3	kb	e	possui	6.5	kb	central	que	inclui	gene	para	
resistência	a	tetraciclina	e	1.4	kb	nas	extremidades	de	elementos	
IS.	
•  Elemento	IS	fornece	a	transposase	e	os	sítios	IRs	
Transposons	Não-Compostos	
•  Transporta	diferentes	genes	mas	não	são	flanqueados	por	
elementos	IS		
•  Tn3	tem	5	kb	com	38-bp	ITRs	e	possui	3	genes:	
–  	bla	(β-lactamase),	tnpA	(transposase),	e	tnpB	(resolvase,	cuja	função	é	
de	recombinação).	
Mecanismo	de	Inserção	do	Tn3	
Transposons	de	DNA	em	Procariotos	
• 	Seqüências	de	Inserção		-	IS	
	
	
• 	Transposons	Compostos	-	Tn	
	
• 	Elementos	Tn3	
4	
Transposons	Autônomos	e	Não	Autônomos	
•  Transposons	autônomos	
possuem	os	genes	que	
codificam	os	produtos	
requeridos	para	transposição	
(transcriptases	reversas	ou	
transposases,	por	exemplo)	e	
promover	sua	própria	
mobilização.		
•  Transposons	não	autônomos	
não	codificam	proteínas	para	
transposição,	mas	são	capazes	
de	se	transpor,	pois	retêm	as	
sequências	necessárias	para	a	
transposição.		
Transposons	de	DNA	em	Eucariotos	
•  Descobertos	inicialmente	no	milho,	por	Barbara	McClintock,	
em	1948	quando	estudava	a		“variegação”	(presença	de	zonas	
de	coloração	diferente)	na	semente	do	milho	
•  Ela	percebeu	que	inserções,	deleções	e	translocações	
causadas	pelos	elementos	móveis	de	DNA	eram	responsáveis	
pela	variegação	no	milho	
(1902-1992)	
Prêmio	Nobel	de	Medicina	e	Fisiologia	1983	
“Pelas	sua	descoberta	dos	elementos	genéticos	móveis” 	
“ 
Sistema	Ac/Ds	do	Milho	
•  O	transposon	Ac	tem	4.563	bp	com	11	bp	ITRs	e	codifica	
transposase	com		807	aa		
•  O	transposon	Ds	é	derivado	de	Ac	em	decorrência	de	mutações	
internas	no	Ac	
•  O	transposon	Dc	não	é	autônomo	pois	o	gene	da	transposase	está	
deletando	
•  O	transposon	Dc	pode	se	movientar	no	genoma	do	milho	se	houver	
transposase	sendo	produzida	pelo	transposon	Ac	
ITR	 ITR	
ITR	 ITR	
Excisão	Somática	de	Ds	do	gene	C	
Mutante	
Pigmentado	
(alelo	C)	
Tipo	Selvagem	
Colorido	
(alelo	C)	
Mutante	
Descolorido	
(alelo	c)	
Transposons	em	Eucariotos	
Classe	I	–	Transposons	de	RNA	
Retrotransposons	com	LTR	(ex:	Ty,	gypsy)	
Retroposons	sem	LTR	(ex:	LINEs,	SINEs)	
	
Classe	II	–	Transposons	de	DNA	
Tranposons	(ex:	elementos	Ac	e	Ds	em	milho,	elemento	P	em	
Drosophila)	
	
Classe	III	
Elementos	cujo	mecanismo	de	transposição	não	é	conhecido	
(ex:	MITEs	=	miniature	inverted	repeat	transposable	elements)	
5	
Transposons	de	RNA	em	Eucariotos	
(LTR,	de	long	terminal	repeats)	-	longas	repetições	terminais	
Retrovírus	X	Retrotrasposons	
Transposons	de	RNA	em	Eucariotos	
•  Existe	somente	em	eucariotos	
•  São	semelhantes	aos	retrovírus	
•  Eles	se	movem	através	de	um	intermediário	de	RNA	
•  Codificam	uma	enzima	com	atividade	transcriptase	
reversa	
•  As	novas	cópias	do	DNA	se	integram	em	diferentes	
regiões	do	genoma	
Modelo	de	Retrotransposição	
Modelo	de	Retrotransposição	 Transposons	em	Eucariotos	
Classe	I	–	Transposons	de	RNA	
Retrotransposons	com	LTR	(ex:	Ty,	gypsy)	
Retroposons	sem	LTR	(ex:	LINEs,	SINEs)	
	
Classe	II	–	Transposons	de	DNA	
Tranposons	(ex:	elementos	Ac	e	Ds	em	milho,	elemento	P	em	
Drosophila)	
	
Classe	III	
Elementos	cujo	mecanismo	de	transposição	não	é	conhecido	
(ex:	MITEs	=	miniature	inverted	repeat	transposable	elements)	
6	
Transposons	de	DNA	em	Eucariotos	
•  A	maioria	dos	transposons	estão	inativos	
•  A	frequência	de	mutações	espontâneas	devidos	a	
retrotransposons	em	humanos	é	menos	que	0,2%	
•  Já	em	camundongos	é	10%	
•  Em	Drosophila,	50	a	80%	das	mutações	espontâneas	são	
decorrentes	de	inserções	de	elementos	transponíveis	
Significado	Biológico	dos	Transposons	
•  Os	transposons	causam	mudanças	genéticas	e	fazem	
importantes	contribuições	para	a	evolução	dos	
genomas:	
–  Inserção	em	genes	
–  Inserção	em	sequências	regulações	e	alteração	da	
expressão	gênica	
–  Mutações	cromossômicas	
–  Geração	de	pseudogenes		
–  Criação	de	novos	genes	
Mutações	causadas	por	Transposons	
Alteração	da	Expressão	Gênica	
Mutações	causadas	por	Transposons	
Alteração	da	Expressão	Gênica	 Crossing	Over	Desigual	
7	
Mutações	causadas	por	Transposons	
Crossing	Over	Desigual	Entre	Transposons	em	
Cromossomos	Homólogos	
Mutações	causadas	por	Transposons	
Recombinação	Cromossômica	entre	
Cromossomos	Não	Homólogos	
Mutações	causadas	por	Transposons	
Deleção	Cromossômica	
Mutações	causadas	por	Transposons	
Inversão	Cromossômica	
Mutações	causadas	por	Transposons	
Duplicação	Gênica	
Integração	do	Plamídeo	no	Cromossomo	
Bacteriano	por	Recombinação	Homóloga	
8	
Recombinação	entre	Elemento	IS	
Entre	Plasmídeos	Distintos	
O	Papel	Dos	Transposons	Na	Evolução	Dos	
Genomas	
•  A	existência	de	sequências	repetitivas	aumenta	a	
diversidade	entre	indivíduos	e	espécies.	
•  Famílias	Gênicas	surgem	a	partir	da	duplicação	ou	
divergênica	de	genes	
•  Pseudogenes	surgem	a	partir	da	enzima	Transcriptase	
Reversa	agindo	no	mRNA	
•  Novos	genes	também	pode	surgir	através	do	
embaralhamento	dos	exons	
Embaralhamento	de	Exons	
•  Embaralhamento	exon	é	um	mecanismo	molecular	
para	a	formação	de	novos	genes.		
•  É	um	processo	através	do	qual	dois	ou	mais	exons	de	
diferentes	genes	podem	ser	reunidos	ectopicamente,	
ou	o	mesmo	exon	pode	ser	duplicado,	para	criar	uma	
nova	estrutura	exon-intron•  Mecanismos:	
–  Crossing	over	desigual	entre	regiões	repetitivas	
Fator	de	crescimento	Epidérmico	
com	múltiplos	exons	EGF	
EGF EGF EGF EGF 
F F F F 
Fibronectina		
com	múltiplos	exons	F	
K 
K K EGF F 
Plasminogênio	com	
exon	“kringle”	
Embaralhamento	
de	Exon	
Duplicação	
de	Exon	
Gene	do	Ativador	do	tecido	
	plasminogenico		
Embaralhamento	
de	Exon	
Significado	Biológico	dos	Transposons	
Hipótese	do	DNA	egoísta	
•  Eles	não	têm	nenhuma	finalidade	para	a	célula;	eles	existem	
simplesmente	porque	são	capazes	de	se	replicar	e	se	espalhar	
Hipótese	da	variação	genética	
•  Eles	fornecem	meios	para	a	mudança	e	variação	genômica	
especialmente	em	resposta	ao	estresse	(hipótese	de	McClintock)		
Hipótese	da	função	celular	
•  Eles	servem	para	várias	funções	valiosas	dentro	da	célula,	tal	como	
o	controle	da	expressão	gênica	ou	a	regulação	do	desenvolvimento.	
9	
Regulação	da	Transposição	
•  Em	células	que	tem	pouco	transpososns	a	transposiç̧ão	é	
frequente.	À	medida	que	o	número	de	cópias	do	elemento	de	
transposição	aumenta,	a	frequência	de	transposição	diminui		
•  A	regulação	pode	ser	feita		limitando	a	produção	da	enzima	
transposase		
•  Outra	hipótese:	para	minimizar	efeitos	deletérios	da	
transposição,	os	organismos	desenvolveram,	no	decorrer	da	
evolução,	vários	mecanismos	para	a	regulação	ou	
silenciamento	dos	elementos	de	transposição.		
–  a	metilação	do	DNA,		
–  a	modificação	de	histonas		
–  a	interferência	por	RNA.