Aula_8_-_Organiza_o_do_DNA_no_genoma

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Organização dos Genomas
ORGANIZAÇÃO DO DNA NO GENOMA
ORGANIZAÇÃO DA SEQÜÊNCIA DO DNA NO GENOMA
Regiões genoma características similares:
tendem a ser agrupadas
cromossomos não são uma coleção aleatória de 
tipos diferentes de genes e outras seqüências DNA
�algumas regiões ricas em conteúdo gênico
�outras regiões pobres em genes
Organização DNA genoma humano complexa
menos 10%: codifica genes
DNA genômico:
� DNA cópia única
metade a ¾
resto genoma
manutenção estrutura cromossômica
maioria 30.000 genes estimados genoma humano
� DNA repetitivo
� DNA espaçador
não se sabe sua função
DNA GENÔMICO EUCARIONTES
DNA cDNA cóópia pia úúnicanica
genes funcionaisgenes funcionais
DNA repetitivoDNA repetitivo DNA espaDNA espaççadorador
SeqSeqüüências ências 
funcionaisfuncionais
SeqSeqüüências semências sem
funfunçção conhecidaão conhecida
FamFamíília de geneslia de genes
codificadores e codificadores e 
pseudogenespseudogenes
relacionadosrelacionados
SequênciasSequências
funcionais nãofuncionais não
codificadorascodificadoras
RepetiRepetiççõesões
Heterocromatina Heterocromatina 
centromcentromééricarica
SequênciasSequências
TranspostasTranspostas
TransposonsTransposons
RetroRetro
transposonstransposons
FamFamíílias lias 
de genesde genes
dispersosdispersos
FamFamíílias de lias de 
genesgenes
em Tandemem Tandem
NNúúmero varimero variáável vel 
de repetide repetiçções ões 
em em tandemtandem
Seqüências de DNA de cópia única
� constitui maior parte do DNA no genoma 
� grande parte de sua função mistério
� seqüências codificam proteínas 
apenas pequena porção de todas cópias únicas do DNA
� longos trechos (>25kb) são raros no genoma
� maioria: encontrada em pequenos trechos intercalados com 
DNA repetitivo 
Seqüências de DNA repetitivo
���� SEQÜÊNCIAS REPETITIVAS FUNCIONAIS
Famílias de genes dispersos
Disposição em tandem de famílias de genes
Seqüências funcionais não codificantes
���� SEQÜÊNCIAS SEM FUNÇÃO CONHECIDA
DNA altamente repetitivo flanqueando o centrômero
Número variável de repetições em tandem
Seqüências transpostas
Famílias de genes dispersos
Genes codificantes de proteínas pertencentes a famílias de 
genes relacionados espalhados pelo genoma
Proteína ovalbumina:codificada por uma família de três genes
Histonas: codificadas por famílias variam entre 100/1000 genes
Famílias compreendem alguns ou muitos genes
� seqüência DNA dos genes dentro família podem divergir 
Ex: família hemoglobinas humana
� diferentes genes homólogos podem vir a ter funções 
levemente diferentes
� alguns genes dentro das famílias tornaram-se não funcionais
PSEUDOGENES
As famílias de genes humanos de globina alfa e beta estão 
organizadas cada uma em um único grupo que inclui genes 
funcionais e pseudogenes
Famílias de genes dispersos
Seqüências de DNA repetitivo
���� SEQÜÊNCIAS REPETITIVAS FUNCIONAIS
Famílias de genes dispersos
Disposição em tandem de famílias de genes
Seqüências funcionais não codificantes
���� SEQÜÊNCIAS SEM FUNÇÃO CONHECIDA
DNA altamente repetitivo flanqueando o centrômero
Número variável de repetições em tandem
Seqüências transpostas
Disposição em tandem de famílias de genes
Genes desenvolveram famílias de disposição em tandem
células precisam grandes quantidades de produtos desses 
genes 
• Organizador nucleolar (NO)
local repetições em tandem dos genes rRNA
Drosophila: 250 (cr X) e 150 (cr Y), humanos: 250 cópias
• Genes tRNA
cada sítio: 10 a 100 cópias
• Genes para histonas
algumas espécies, múltiplas cópias idênticas
múltiplas cópias idênticas
humanos: 50 sítios cromossômicos: tipos diferentes tRNA
Repetições em tandem de genes de histona em 
ouriço-do-mar e mosca das frutas
Disposição em tandem de famílias de genes
Seqüências de DNA repetitivo
���� SEQÜÊNCIAS REPETITIVAS FUNCIONAIS
Famílias de genes dispersos
Disposição em tandem de famílias de genes
Seqüências funcionais não codificantes
���� SEQÜÊNCIAS SEM FUNÇÃO CONHECIDA
DNA altamente repetitivo flanqueando o centrômero
Número variável de repetições em tandem
Seqüências transpostas
Seqüências funcionais não codificantes
TELÔMEROS
���� disposições em tandem de 
seqüências simples DNA que não 
codificam RNA ou produto protéico
� selam as extremidades dos 
cromossomos
� longas cadeias em tandem da 
seqüência TTAGGG
� 500-3000 repetições dessa 
seqüência na extremidade de cada 
cromossomo
�função definida 
O problema da replicação nas pontas 
dos cromossomos 
Cromossomos sondados in situ com uma sonda 
de DNA específica de telômero. Cada cromátide 
irmã se liga ã sonda nas duas pontas
Seqüências funcionais não codificantes
Seqüências de DNA repetitivo
���� SEQÜÊNCIAS REPETITIVAS FUNCIONAIS
Famílias de genes dispersos
Disposição em tandem de famílias de genes
Seqüências funcionais não codificantes
���� SEQÜÊNCIAS SEM FUNÇÃO CONHECIDA (20% genoma)
DNA altamente repetitivo flanqueando o centrômero
Número variável de repetições em tandem
Seqüências transpostas
DNA altamente repetitivo flanqueando o centrômero
� muitas famílias de repetições em tandem podem ser purificadas por 
densidade de centrifugação do resto do genoma
� isolado: consiste em múltiplas repetições em tandem de seqüências 
curtas de nucleotídeos (centenas kb)
DNA satDNA satéélite: lite: 
� uma ou várias unidades repetidas
� geralmente menos que 10 bases de comprimento
Grande quantidade DNA satélite nas regiões de 
heterocromatina
• regiões densamente coradas
• altamente compactadas
• flanqueiam o centrômero
Localização auto-radiográfica de DNA de seqüência 
simples de centrômeros de camundongo
DNA altamente repetitivo flanqueando o centrômero
DNA altamente repetitivo flanqueando o centrômero
DNA satélite: 
• Correspondem a ~3% do genoma da maioria dos eucariontes e não
são transcritos
DNA altamente repetitivo flanqueando o centrômero
DNA satélite: 
c = centrômeroTelômero Telômero
• Alguns satélites de DNA têm um papel na estrutura dos 
cromossomos (centrômeros, telômeros);
Posição da heterocromatina em D. melanogaster
DNA altamente repetitivo flanqueando o centrômero
Seqüências de DNA repetitivo
���� SEQÜÊNCIAS REPETITIVAS FUNCIONAIS
Famílias de genes dispersos
Disposição em tandem de famílias de genes
Seqüências funcionais não codificantes
���� SEQÜÊNCIAS SEM FUNÇÃO CONHECIDA
DNA altamente repetitivo flanqueando o centrômero
Número variável de repetições em tandem
Seqüências transpostas
Número variável de repetições em tandem
� repetições em tandem
� mostram número variável em: loci diferentes
organismos individuais diferentes
� loci VNTR humanos: 
- seqüências de 1 a 5 kb (500 – 40.000pb: perto telômeros)
- consistem em no variáveis de uma unidade repetida de 15 
a 100 nucleotídeos comprimento
Devido à variabilidade no repetições em tandem entre pessoas:
fingerprints de DNA
conjunto fragmento autoradiograma: individual (Southern)
DNA minissatélite (VNTR)
Número variável de repetições em tandem
DNA minissatélite (VNTR)
Fingerprints de DNA com sangue corado da cena de um 
crime e do sangue de sete suspeitos
Número variável de repetições em tandem
DNA microssatélite (SSR)
Regiões dispersas compostas de no variáveis de repetições 
em tandem de di, tri, tetranucleotídeos (2-4 pb)
• maioria são encontradas entre genes, raros em regiões 
codificantes e telômeros
• útil em fornecer variedade de marcadores moleculares para 
mapear genoma humano
• suscetíveis a mutações devido a erros no pareamento 
durante a duplicaçãoNúmero variável de repetições em tandem
(a)Aumento no tamanho (b)Diminuição no tamanho 
da repetição da repetição
Início
Dissociação
Hibridação e
erro de pareamento
A nova fita tem
tamanho diferente
da fita molde
1 2 3 4 
5 6 7 8 9 
1 2 3 4 5 6 7 8 
1 2 3 4 
1 2 3 4 5 6 7 8 
1 2 4 
1 2 3 4 5 6 7 8 
3
1 2 4
3
1 2 3 4 5 6 7 8 
1 2 3 4 
1 2 3 4 5 6 7 8 
1 2 3 4 
1 2 3 4 5 6 7 8 
1 2 3 4 
1 2 4 5 6 7 8 
3
1 2 3 4 5 6 7
1 2 4 5 6 7 8 
3
DNA microssatélite (SSR)
Número variável de repetições em tandem
DNA microssatélite (SSR)
Número variável de repetições em tandem
• Comprimento
AAAAAAA (poli A)
CACACACACA (repetições de dinucleotídeos)
CAGCAGCAGCAG (repetições de trinucleotídeos)
�� Cada unidadade repetitiva: 1-6bp
� Duas ou mais repetições ⇒ seqüência repetitiva (CACA)
• Composição⇒⇒⇒⇒ GA, CAA
• Número de unidades repetitivas⇒⇒⇒⇒ 15 a 20 vezes
DNA microssatélite (SSR)
Número variável de repetições em tandem
ComparaComparaçção das metodologias: coloraão das metodologias: coloraçção com nitrato ão com nitrato 
de prata e ande prata e anáálise automatizadalise automatizada
LOH MI contraçãoMI expansão 
Seqüências de DNA repetitivo
���� SEQÜÊNCIAS REPETITIVAS FUNCIONAIS
Famílias de genes dispersos
Disposição em tandem de famílias de genes
Seqüências funcionais não codificantes
���� SEQÜÊNCIAS SEM FUNÇÃO CONHECIDA
DNA altamente repetitivo flanqueando o centrômero
Número variável de repetições em tandem
Seqüências transpostas
Seqüências transpostas
� grande proporção genoma eucariótico
� elementos repetitivos que se propagam dentro do genoma fazendo 
cópias de si mesmos
� podem se mover para outros locais
TRANSPOSONS
Propagação pela ação da transcriptase reversa
RETROTRANSPOSONS
Elementos que se movem como DNA
RETROTRANSPOSONS
Seqüências repetitivas – estruturas similares a retrovírus
	 podem ser derivadas de retrovírus
	 movem por transcrição reversa de seu RNAs transcritos em DNA 
e se insere no genoma
 elementos cópias de Drosophila
(5kb – 50 cópias genoma)
 elementos Ty de levedura
(6kb – 30 cópias genoma)
 LINES (long interpsersed elements) de mamíferos
(1 a 5kb –20.000 a 40.000 cópias genoma humano)
Seqüências transpostas
Estrutura geral de alguns retrotranspos encontrados em 
genomas eucarióticos
Retrovírus (vírus de 
leucemia murina
Moloney)
Retrotransposon de 
Drosophila
Retrotransposon de 
levedura
LINE humano
Seqüências transpostas
Seqüências repetitivas – não similares aos retrovírus
• Seqüência repetitiva Alu no genoma humano:
- centenas a milhares no genoma humano 
- parciais ou inteiras
- dispersas entre os genes e dentro de íntrons
- constituem cerca de 5% do DNA humano
- seqüência completa 200 nucleotídeos comprimento
 SINES (short interpsersed elements) de mam) de mamííferosferos
 pseudogenes dispersos criados por transcrição reversa
- não contêm íntrons que são encontrados no gene funcional original
- criados pelo processo de transcrição reversa
Seqüências transpostas
Seqüências transpostas
SINEs e LINEs são transcritos, e alguns dos 
LINEs codificam proteína, mas de função
fisiológica desconhecida.
� non-LTR retrotransposons
� LTR (long terminal repeat) retrotransposons
elementos Ty de levedura
Por que existe DNA sem função conhecida no 
genoma??
DNA não funcional seria uma carga genética apenas por causa da 
energia adicional que os organismos precisariam gastar em sua 
síntese
Talvez tenha função, como um tipo de lastro genético que dá
estrutura ao cromossomo para permitir uma repartição eficiente na 
multiplicação celular ou para separar os genes para sua regulação 
eficiente
existe apenas por existir 
nunca é exposto aos rigores do fenótipo
Elementos repetitivos podem ter achado um modo de evitar a 
detecção pelas forças da seleção natural: DNA egoísta
Esquema geral de um cromossomo eucariótico
Elementos repetitivos encontrados no gene humano AKU
codificante da enzima cuja deficiência causa alcaptonúria
Alus
SINEs
LINEs
LTRs
SSRs
DNA espaçador
� o que sobrou após a identificação de todas as unidades 
reconhecíveis
� pouco se sabe sobre o DNA espaçador
� possivelmente sua única função: espaçar
� nenhum estudo foi feito para deletar este DNA e observar as 
conseqüências
� pode ser categoria que representa nossa atual ignorância: 
deve haver muito DNA espaçador
Organização do genoma humano
Densidade gênica
Ex: Gene humano da Distrofia muscular de Duchene
� 2,4 milhões de nucleotídeos
� 79 éxons
� 78 íntrons processamento RNA
79 éxons: mRNA de 14.000 nucleotídeos
Íntrons: correspondem a grande maioria dos 2,5 
milhões de pares de bases
Organização do genoma humano