Elementos de Transposição

Transcrição

1 Elementos de Transposição Cap 18 Snustad Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

2 Elementos transponíveis dos eucariotos Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

3 Repetitivo disperso Elementos de transposição retrotransposons Elementos de transposição transposons

4 Elementos de Transposição: 1956 Barbara McClintock ( ) Cold Spring Harbor Laboratory, NY Prêmio Nobel em Fisiologia e Medicina em 1983 por descrobir os elementos móveis Propôs que existiam sequências no genoma que saltariam, alterando a expressão de genes aos quais estivessem associadas Descobriu tranposons em milho Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

5 Spots purpura em milho branco são resultados de transposons c/c = branco e C/- = purpura McClintock concluiu que o alelo c resulta de uma transposição não-homóloga chamada inserto Ds no C gene (Ds = dissociador). Transposon autônomo Ac controla o transposon Ds (Ac = ativador).

6 Efeito de transposon em milho - Barbara McClintock ( )

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8 Classificação dos DNAs repetitivos Elementos de repetição dispersos. Classificação dos elementos transponíveis segundo WICKER et al. (2007).

9 Elementos de Transposição: Podem ser divididas: moderadamente repetitivos cópias/genoma altamente repetitivos cópias/genoma ESTRUTURA Classe I: através de intermediário de RNA Classe II: através de intermediário de DNA Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

10 Elementos de transposição: Duas classes de elementos transponíveis/mecanismo de movimento: 1. Intermediário de DNA (classe II) Codifica proteína que: (1) move diretamente o DNA para a nova posição ou (2) replica o DNA e integra o DNA replicado em outra parte. 2. Intermediário de RNA (classe I), retrovirus e retrotransposon. Retrotranposon codifica uma transcriptase reversa e faz cópia de DNA a partir do RNA transcrito; o DNA copiado integra no novo sítio. Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

11 características: CLASSE II : INTERMEDIÁRIO DE DNA 1-regiões terminais invertidas (TIR) nas extremidades TIR com pb 2- Promovem duplicação (pb) no local inserção DS Formam FAMÍLIAS pela comparação TIR, duplicação produzida e comparação da sequência Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

12 Classe II: transposons TRANSPOSASE se liga as TIRs e catalisa a excisão e inserção em novo sítio Cut and paste Divididos em superfamílias: de acordo as sequências TIR e o tamanho do sítio de duplicação que é gerado na integração Elementos autônomos: codificam a transposase para seu próprio movimento, além do movimento de não autônomos (ausência de transposase ativa)

13 Classe II: transposons (cortam 2 fitas de DNA) (corta 1 fita de DNA)

14 Superfamília Tc1-Mariner Maior distribuição na natureza - ubíqua em eucariotos pb 2 repetições terminais invertidas (TIRs, Inverted Terminal Repeat) e uma ORF - transposase Transposase com 2 domínios: N-terminal (domínio de ligação ao DNA) e C-terminal (domínio catalítico) Preferência por inserções em regiões ricas em TA - sítio de duplicação (TSDs, Target Site Duplication) TA

15 Superfamília Tc1-Mariner Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

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17 Superfamília Helitron CPR = cisteíno protease; RepHel = domínio de transposição; EN = endonuclease ZF = zinc finger; RPA = proteínas ssb.

18 Helitron mecanismo de transposição Domínio Rep se liga ao Helitron Corte da 2 fita e DNA Hel desenrola Polimerase do hospedeiro Transferência das fitas e ligação SSBs

19 Helitron captura de genes

20 Classe I: retrotransposons Intermediário de RNA mrna do TE transcrito pela maquinaria do hospedeiro mrna é revertido para DNA (enzima RT do TE) DNA inserido em outra região do genoma pela IN Cada replicação produz uma nova cópia principal fração repetitiva de grandes genomas Copy and paste Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

21 Classe I: retrotransposons Ordem: de acordo com o mecanismo de inserção Superfamília: compartilham estratégia de replicação Famílias: conservação da sequência de DNA

22 Classe I: Intermediário de RNA Denonimados retroelementos, compostos por retrovírus e retrotransposons Características semelhantes porém retrotransposons não são infecciosos. Retrotransposons mais conhecidos Cópia Gypsy Drosophila Ty levedura Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

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25 São divididos em 2 classes: 1. com longas repetições terminais (LTR) 2. sem longas repetições terminais Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

26 Com longas repetições terminais (LTR) Semelhante a retrovírus Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

27 Retrovirus e Retrotransposons Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

28 LTR mecanismo de transposição Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

29 Sem longas repetições terminais, subdividem-se em 2 grupos: LINE (long interspersed nuclear element) SINE - (short interspersed nuclear element) 1-5 Kb cópias. Ex: Alu 5% DNA humano cópias Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

30 Sem longas repetições terminais (LTR) Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

31 Retrotransposição mediada por LINE (L1 humanos): 1. Transcrição de L1 em RNA 2. Poliadenilação 3. Citoplasma 4. RNA traduzido em 2 proteínas (ORF1 = proteína de ligação; ORF2 = endonuclase e RT) 5. RNA + proteínas vão para núcleo 6. Endonuclease corta DNA e ocorre ligação de poli (A) 3 no RNA com DNA 5 cortado 7. RT sintetiza DNA (como molde o RNA) ponta 3 do DNA usado como primer 8. DNA se insere no cromossomo cortado síntese de filamento complementar de DNA (pontilhado)

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33 Elemento autônomo: codificam todos os domínios que são necessários à sua transposição, o que não quer dizer que ele seja funcional ou ativo Não autônomos: ausência de domínios dos elementos autônomos Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

34 TEs x célula hospedeira Transposon ativo na linhagem germinativa passarão para a próxima geração Contudo, células hospedeiras reprimem atividade de transposon (por causa dos efeitos negativos) Transposição nas células somáticas: não produtivos evolutivamente perdidos quando o hospedeiro morre Células germinativas são um campo de batalha evolutivo: transposon x hospedeiros perda da repressão ao transposon pode ter consequências dramáticas ao hospedeiro

35 Localização dos TEs Geralmente, regiões heterocromáticas ausência ou baixa densidade gênica: suaviza efeitos deletérios Regiões eucromáticas: alguns TEs preferencialmente localizados em domínios cromossômicos ativos Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

36 Como podem ter evoluído os primeiros TEs? TRANSPOSONS -Transposon primitivo: modificação do gene que codifica enzima para criação e reparo de quebras no DNA -Desenvolveu especificidade para reconhecer uma determinada sequência de DNA (6-8 nts), que flanqueia uma região -Capacidade de recortar e colar : enzima pode transpor toda unidade para uma nova região RETROTRANSPOSONS 1. Retrovírus se desenvolveram a partir de retrotransposons mais simples, pela adição do gene env (sintetiza proteína de membrana) pode produzir partícula que sai de uma célula e entra em outra 2. Retrovírus que perdeu sua capacidade de escapar de uma célula e ficou preso a ela retrotransposon que se move dentro de células e não entre elas Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

37 Degeneração molecular Ciclo de vida Batalha molecular com o hospedeiro Degeneração molecular Cópias truncadas, degeneradas, mites Co-opção para o hospedeiro para novas funções -sítios regulatórios Novos sítios de splice sinais de poliadelinação novos sítios de ligação de fatores de transcrição regulação pós-transcricional regulação da tradução Gerar micro RNAs Gerar novos genes

38 Transferência 3 1 2

39 Novos sítios regulatórios

40 Aplicações Evolução dos cromossomos sexuais em Microtus cabrerae (Rodentia)

41 Aplicações - Elementos de transposição com pontos quentes para rearranjos cromossômicos - Manutenção de telômeros - Regulação gênica

42 Rearranjos cromossômicos mediados por transposons

43 Rearranjos cromossômicos mediados por transposons

44 Rearranjos cromossômicos mediados por transposons Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

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46 Cromossomo, estrutura e função Organização dos cromossomos no núcleo interfásico Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari