Transposons: tipos e características

Transposons ou elementos transponíveis são fragmentos de DNA que podem mudar sua localização no genoma. O evento de movimento é chamado de transposição e pode fazê-lo de uma posição para outra, dentro do mesmo cromossomo, ou alterar o cromossomo. Eles estão presentes em todos os genomas e em uma quantidade significativa. Eles foram extensivamente estudados em bactérias, em leveduras, em Drosophila e em milho.

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

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

Perspectiva Histórica

Graças à pesquisa realizada em 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 determinado cromossomo e fixado no genoma poderia ser modificado.

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

Originalmente, McClintock cunhou o termo "elementos de controle", uma vez que controlavam a expressão do gene em que estavam inseridos. Então, os elementos foram chamados de genes saltadores, genes móveis, elementos genéticos móveis e transposons.

Durante muito tempo, este fenómeno não foi aceite por todos os biólogos e foi tratado com algum cepticismo. Atualmente, os elementos móveis são totalmente aceitos.

Historicamente, os transposons eram considerados segmentos do DNA "egoísta". Após os anos 80, essa perspectiva começou a mudar, uma vez que foi possível identificar as interações e o impacto dos transposons no genoma, do ponto de vista estrutural e funcional.

Por estas 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 fragmentos discretos de DNA que têm a capacidade de se mover 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 genérico para designar uma série de genes com características diferentes. A maioria destes só tem a sequência necessária para a sua transposição.

Embora todos compartilhem a característica de serem capazes de se mover através do genoma, alguns são capazes de deixar uma cópia de si mesmos no site original, levando ao aumento de elementos transponíveis no genoma.

Abundância

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

Os transposons são abundantes. Nos genomas de vertebrados, eles 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 representam mais de 80% do genoma dessas plantas.

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

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

Tipos de transposons

Geralmente, os elementos transponíveis são classificados de acordo com o modo como são mobilizados pelo genoma. Desta forma, temos duas categorias: os elementos da classe 1 e os da classe 2.

Elementos da classe 1

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

Eles também são conhecidos como retro-elementos, uma vez que seu movimento é dado pelo fluxo reverso da informação genética, do RNA ao DNA.

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

A transposição é do tipo replicativa, ou seja, a sequência permanece intacta após o fenômeno.

Elementos da classe 2

Os elementos da classe 2 são conhecidos como elementos de DNA. Nesta categoria são transposons que se movem 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 conservativa: o elemento é dividido no evento, portanto o número de elementos transponíveis não aumenta. 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 pular para um diferente. No entanto, devemos perguntar como a aptidão do indivíduo é afetada devido ao evento de transposição. Isso depende essencialmente da região em que o elemento é transposto.

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

Se a aptidão do hospedeiro for drasticamente reduzida, esse fato terá efeitos sobre o transposon, uma vez que a sobrevivência do organismo é crítica para sua perpetuação.

Por essa razão, certas estratégias foram identificadas no hospedeiro e no transposon que ajudam a diminuir o efeito negativo da transposição, alcançando um equilíbrio.

Por exemplo, alguns transposons precisam ser inseridos em regiões que não são essenciais no genoma. Assim, o impacto provavelmente mínimo de séries, como nas regiões de heterocromatina.

Na parte do hospedeiro, as estratégias incluem a metilação do DNA, que reduz a expressão do elemento transponível. Além disso, alguns RNAs interferentes podem contribuir para essa tarefa.

Efeitos genéticos

A transposição leva a dois efeitos genéticos fundamentais. Primeiro, eles causam mutações. Por exemplo, 10% de todas as mutações genéticas no rato são o resultado de transposições de retroelementos, muitos dos quais são regiões codificadoras ou reguladoras.

Segundo, os transposons promovem eventos de recombinações ilegítimas, resultando na reconfiguração de genes ou cromossomos inteiros, que geralmente carregam consigo deleções do material genético. Estima-se que 0, 3% dos distúrbios genéticos em humanos (como as leucemias hereditárias) surgiram dessa maneira.

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

Funções dos elementos transponíveis

Originalmente, pensava-se que os transposons eram genomas de parasitas que não tinham qualquer função em seus hospedeiros. Hoje em dia, 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 sequências regulatórias putativas foram derivadas de elementos transponíveis e foram conservadas em várias linhagens de vertebrados, além de serem responsáveis ​​por várias novidades evolutivas.

Papel na evolução dos genomas

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

Considera-se que os transposons foram fatores muito importantes que moldaram o tamanho dos genomas e sua composição em organismos eucarióticos. De fato, 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 transcricional via elementos não-codificantes na placenta e no cérebro de mamíferos.

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

No final dos anos 90, um grupo de pesquisadores descobriu que as proteínas responsáveis ​​pela ligação a VDJ eram codificadas com os genes RAG1 e RAG2. Estes não tinham introns e poderiam causar a transposição de sequências específicas em alvos de DNA.

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

Estima-se que cerca de 200.000 inserções tenham sido expressas na linhagem de mamíferos.