Música Olá, sou a professora Luciana e essa é a aula 5 do curso da disciplina de genética molecular sobre elementos genéticos móveis ou elementos transponíveis, também usado como sinônimo transposon. Na década de 30, a pesquisadora Barbara McClinton fez uma série de experimentos em que os resultados desses experimentos sugeriam que o genoma não era estável como se pensava até aquele momento. Os experimentos da Barbara McClintock foi quando ela cruzou sementes que tinham uma coloração, ou seja, tinham o alelo C grande que permite a coloração, e tinha ligado a esse locus que expressa a coloração da semente do milho.
um elemento de dissociação, DS, e num outro loco, um elemento chamado elemento AC, ativador, que quando presente esse elemento ativador, então ele provocava quebra no loco C, naquele loco então que promove a coloração da semente do milho. O cruzamento que ela fez então foi em indivíduos homozigotos, né, a semente... linhagem masculina homozigota para o alelo C grande, que permite a coloração da semente, uma coloração então avermelhada, com o alelo DS presente, aquele que promove a dissociação, a quebra do cromossomo na região do gene que promove a coloração e também aqui heterozigoto para aquele elemento ativador, somente então na presença do elemento ativador é que promove a quebra. Promoveria a quebra no cromossomo bem no gene que determina a coloração da semente.
Cruzado então com linhagem feminina de sementes que não tem o gene que expressa a coloração arrocheada, avermelhada e não tem, esse mais aqui significa que não tem aquele elemento de dissociação, ou seja, aquele que promove a quebra no alelo do gene da coloração e também não tem. um elemento ativador, que somente na presença do elemento ativador, então, promoveria a quebra no cromossomo, no gene, mais especificamente no gene que promove a coloração da semente do milho. Aqui, então, estão listados os gametas desse indivíduo aqui da linhagem masculina. Então, ele é homozigoto para o alelo ser grande da coloração e para o elemento ativador e também pode produzir gametas, homozigoto para o... para o alelo da coloração e o elemento de dissociação, mas sem a presença, fornecendo então outros tipos de gametas, sem a presença do elemento ativador.
E aqui a linhagem feminina, então, produzindo apenas gametas com alelo C pequeno, que não tem, então, não promove aquela coloração arrocheada da semente do milho, sem o elemento de dissociação e sem o elemento ativador. Então, quais foram os resultados da F1 desses cruzamentos encontrados pela pesquisadora Barbara McClinton? O esperado, então, seria 50% das sementes com pigmento normal, que apresentava então esse genótipo aqui, heterozigota para o alelo que promove a expressão da coloração da semente do milho, e também...
heterozigoto para o elemento de dissociação, um cromossomo com elemento de dissociação, outro cromossomo sem o elemento de dissociação e... homozygota para aquele outro loco que seria o elemento ativador. Então, sem o elemento ativador, já se esperaria, então, que as sementes teriam uma coloração arrochada, normal, ou seja, a expressão do gene C grande se manifesta sem esse elemento ativador, porque ele não está promovendo, associando o elemento de dissociação a promover a quebra no gene que determina a coloração da semente do milho. E os outros 50% das sementes, quase mais ou menos 50% das sementes, são de indivíduos que apresentavam manchas.
Então, havia a coloração fundo da coloração arroxada da semente, mas essas sementes eram manchadas, ou seja, sem pigmentação. Então, manchadas com manchas de diferentes tamanhos, amareladas. O genótipo, então, desses indivíduos aqui que tinham, que apresentavam sementes com mancha, era heterozigoto para o alelo C, para o loco C, que, então, heterozigoto com alelo C que permitiria a coloração, mas como tem a presença do elemento de dissociação, porque esses indivíduos são heterozigotos, por elemento de dissociação, e também tem a presença do elemento ativador, porque esses indivíduos são... Heteros e gotos para o elemento ativador. O elemento ativador, então, favoreceria com que o elemento de associação provocasse a quebra do cromossomo na região, então, do gene que promove a coloração do milho.
Quando ocorre uma quebra cromossômica, então, o alelo da coloração do milho, o loco da coloração do milho, deixa de funcionar. Por isso que essas sementes apresentavam manchas. Isso. O tamanho dessa mancha no fundo colorido, no fundo cor-de-rosa, depende de quando aconteceu, quando foi induzida essa quebra cromossômica.
Se foi no início do desenvolvimento da semente, então tem-se uma mancha muito maior. Se foi quando a semente já estava quase formada, que houve a promoção dessa quebra cromossômica no gene que determina a coloração da semente, então as manchas seriam menores. No entanto...
Entanto, a pesquisadora, a Barbara McClinton, também descobriu indivíduos que ela determinou com esse genótipo, que era um pouco diferente, que a semente não tinha o fundo arrochado, como no caso dos indivíduos desse genótipo aqui. A semente tinha o fundo todo amarelado com sementes rosas. O que significa? Se ela tinha o fundo todo amarelado, significa... que essa quebra cromossômica promovida pelo elemento ativador e pelo elemento de dissociação ocorreu no início do desenvolvimento da semente.
Porém, uma quebra cromossômica não se reestabelece. O pedaço, o segmento cromossômico quebrado, não voltaria a se restabelecer. Então, ela ficou pensando, pesquisadora, como que essa semente tem o fundo branco, ou seja, já sem a expressão.
do alelocesão, apesar de estar presente, o alelocesão no indivíduo, esse alelo deixou de funcionar, mas como que foi restabelecida a propriedade do GNC de promover a cor da semente, já que a semente tinha um fundo amarelo com manchas roxas. Foi aí então que ela sugeriu que o elemento de dissociação tinha uma outra ação. Ela não somente provocava a quebra do cromossomo, mas esse elemento de dissociação se...
inseria no meio do gene que determina a coloração do milho. E uma vez que esse elemento de dissociação deixasse esse locus gênico que determina a coloração do milho, o gene começaria a expressar a coloração novamente. Então, essa ideia foi muito controvertida de que poderiam existir segmentos de DNA que se inseriam em diferentes regiões no genoma.
e depois poderiam sair dessas regiões do genoma e fazer voltar o funcionamento gênico normal, era muito diferente do que se tinha na época sobre a estabilidade do genoma. Então, os trabalhos dessa pesquisadora foram desacreditados, os resultados dos seus trabalhos ficaram desacreditados até a década de 60 e 70, mas na década de 80, mais precisamente em 1983, esse trabalho foi reconhecido e ela então foi agraciada. com o prêmio nobel de medicina pelos seus achados, de que o genoma então não é estável. Existem elementos, sequências no DNA que são capazes de se transpor para outros locais. Do mesmo jeito que eles podem se inserir em determinadas regiões, eles podem deixar também de se inserir naquelas regiões.
E quando ele se insere, se ele perturba o funcionamento do gene, quando ele deixa essa região, o gene então pode voltar a funcionar normalmente. Então, hoje, depois com esses achados, hoje a gente descobriu que esses elementos genéticos móveis ou elementos transponíveis ou transposons, são amplamente difundidos nos genomas dos diferentes organismos. Cerca de 50% do genoma do milho, por exemplo, apresenta esses elementos de transposição.
Sendo os elementos AC e DS exemplos de elementos transponíveis, exemplos de transposons. E dentre esses elementos, apenas o elemento AC, aquele ativador, é que sintetiza uma enzima chamada transposase, que é a que faz, que é capaz de fazer o corte na região-alvo onde o elemento genético móvel vai se inserir. Bom, esses elementos genéticos móveis, então, em vegetais, podem causar, então, mecanismo por mutagênese, como foi o exemplo que nós demos dos trabalhos da Bárbara McClinton, né?
Aqui as sementes, então, com o fundo amarelado, o que demonstra... que o gene C, o gene C grande, deixou de funcionar no início do desenvolvimento da semente, mas quando o elemento de dissociação deixou essa região, esse locus do gene C, começou então a haver a promoção, a produção da coloração normal. Por isso então que a semente fica toda manchada.
O mesmo pode ser encontrado na flor boca de leão, esse mosaicismo de coloração, onde está branco... aqui na flor boca de leão, é onde o elemento transponível se inseriu no gene que promoveria a coloração. Quando esse elemento deixa esse locus gênico, então começa a promover a coloração novamente.
Por isso, então, que a planta fica com esse mosaicismo de coloração. Bom, então, como eu falei para vocês, esses elementos genéticos móveis estão amplamente difundidos nos organismos, ou seja, existem tanto em organismos procariotos como nos eucariotos, como já demos um exemplo dos experimentos da Bárbara McClintock que ocorre no milho. Bom, quais são as características então dos elementos genéticos móveis encontrados em procariotos?
Eles também apresentam o gene da transposase, então esse gene da transposase, ela é a enzima, o produto do gene da transposase é uma enzima que permite fazer o... corte na molécula alvo, no sítio alvo, aonde esse transposon vai ser inserido. Muitas vezes a transposase reconhece regiões específicas, outras vezes os sítios de corte da transposase são aleatórias.
Quando ocorre, então, o corte, a transposase corta a fita no sítio alvo, o elemento genético no móvel, o transposon, vai se inserir naquela região. Bom, a transposase, então, ela vai estabelecer o corte no sítio-alvo nas duas fitas. E ela nunca corta as duas fitas na mesma posição, né?
Então, aqui está mostrando um exemplo de corte nessa fita entre T e C, e na outra fita, na fita complementar, entre duas guaninas adjacentes. Isso resulta em que, depois da promoção desse corte, gera... fragmentos de DNA unifilamentar, aqui tanto nessa fita quanto na outra fita.
E são nessas regiões aqui que são inseridos, aqui está mostrando um exemplo de um elemento IS de insert sequence, a sigla vem do inglês, é um elemento de inserção de um transposon de procarioto. Depois, quando ocorre a inserção, é promovida... pela quebra da molécula de DNA pela transposase, ocorre o preenchimento das brechas naquele DNA unifilamentar. Então, o resultado, depois da inserção, é uma duplicação das sequências adjacentes aonde o transposon acabou por se inserir. Bom, existem três tipos básicos, diferentes de elementos genéticos móveis em prokaryotos.
Os elementos IS, que foi o exemplo lá do slide anterior, do insertion sequences, da sigla em inglês. Eles apresentam, então, repetições terminais invertidas. Essas repetições terminais, que são adjacentes ao gene da transposase, elas são curtas, não são muito grandes.
existem os transposons compostos que são formados quando os dois elementos IS se unem. E entre esses elementos IS também pode haver, carregar, genes, por exemplo, de resistência antibiótico. Isso é muito vantajoso para as bactérias. Então, no processo de conjugação, que é o que está mostrando essa figura aqui, quando uma bactéria pode... transferir, fazer uma transferência horizontal, pode ser uma linhagem, a mesma linhagem ou para uma linhagem diferente, pode então transferir os plasmídeos bacterianos que contém os elementos IS unidos, esses compostos carregando entre eles genes de resistência a antibióticos.
Então uma linhagem que não tinha resistência a antibiótico, agora ela passa a receber esse plasmídeo. que foi então formado, carregado com um elemento genético móvel, e essa bactéria então passa a ter resistência a determinado antibiótico. Vale destacar e frisar que muitas vezes são linhagens diferentes, então é uma transferência horizontal de genes. Então, esses elementos genéticos móveis, eles podem tanto se transpor de plasmídio para plasmídio, nos procariotos, mas também de plasmídio para plasmídio. para o cromossomo bacteriano.
Bom, um terceiro tipo de elemento transponível em procariotro são os elementos TNA. Eles também apresentam as repetições invertidas, mas de comprimento maior do que aquelas dos elementos IS. Tem cerca de 38 a 40 pares de bases que são adjacentes também ao gene da transposase. Além disso...
além de serem caracterizados por essas sequências repetidas e invertidas de 38 a 40 pares de bases, esses elementos TNA também apresentam três genes. TNPA, que é o gene da transposase, TNPR, que é o gene da resolvase, que serve tanto para resolver o crossing over entre os elementos genéticos móveis Quando ele cria duas cópias no sítio que ele estava e no sítio-alvo, ele forma então um co-integrado e a resolvase é o gene que resolve esse crossing, o corrido no co-integrado, e também esse TNPR é um gene que pode impedir a transposição. Muitas vezes o produto do gene da resolvase se liga no DNA, na região do transposon, de modo em que ele não consiga mais...
se transpor. E também carrega um outro gene, esses elementos TNA, que é o gene BLAH. O gene BLAH é o gene da beta-galactamase, que promove a resistência à ampicilina.
Então, não são só os elementos compostos e esses que carregam também genes de resistência antibiótico, os elementos TNA também podem carregar genes de resistência antibiótico em prokaryotos. De que maneira, então, os elementos genéticos móveis podem se transpor em prokaryotos? Por duas maneiras, não são exclusivas, dependendo do micro-organismo, ele pode usar uma maneira ou a outra, ou as duas, dependendo também do tipo de transposon.
Tem o modo replicativo de transposição, em que uma cópia do elemento transponível é gerada na transposição, e o modo conservativo. Não há replicação do elemento transponível, então quando ele deixa o local que ele estava e passa para um outro local, ele deixa de existir no local original, só passa a existir no local onde ele foi transposto. Bom, aqui esse quadro aqui mostra como que seria o mecanismo de replicação do tipo, de transposição, perdão, do tipo replicativo.
Então está mostrando aqui um plasmídio com o elemento transponível, um exemplo que tem aqui é do elemento TN3. e um plasmídeo alvo. Então aqui nesse esquema está mostrando a transposição de um plasmídeo bacteriano para outro plasmídeo bacteriano. Ocorre, então, a fusão desses dois plasmídeos, o plasmídeo A e o plasmídeo B, formando, então, o que é chamado de cointegrado.
Quando forma-se esse cointegrado, percebam vocês que agora existem duas cópias do elemento transponível. Como essas cópias aqui têm a mesma sequência, então, pode ocorrer crossing over entre essas cópias. E o que acontece é essa volta, essa alça no... co-integrado e ocorre então o pareamento entre as duas sequências do elemento TN3.
Então vai acontecer um crossing over. Aquele gene que eu falei para vocês do elemento TNA que resolve esse co-integrado, tem uma das funções é resolver esse co-integrado, esse crossing over que está ocorrendo entre os dois elementos TN3, esse gene atua então e acaba voltando. a conformação original de dois plasmídeos, o plasmídeo A e o plasmídeo B. Depois que houve, então, a resolução do cointegrado, então são gerados o plasmídeo A com o elemento TN3, como o original, e agora o plasmídeo B, que não tinha o elemento TN3, agora, então, ele apresenta o elemento TN3.
Bom, em eucarioto... também, já demos o exemplo no início da aula sobre os elementos genéticos móveis no milho, e eucariotos também são bastante difundidos elementos genéticos móveis ao longo do genoma. Mamíferos, existem cerca de 25% a 40% do genoma contém esses tipos de elementos genéticos móveis. Existem dois tipos de transposons em eucariotos.
Aqueles chamados transposons, um exemplo, vimos no começo da aula, são os elementos DS e AC do milho e também tem o elemento P em drosófila. O outro tipo de transposon em eucariotos são chamados de retrotransposons, porque eles apresentam um mecanismo de transposição semelhante a um retrovírus, ou seja, É preciso sintetizar uma molécula intermediária de RNA. Essa molécula de RNA é convertida em uma molécula de DNA por uma enzima chamada transcritase reversa.
E então agora, essa molécula de RNA convertida em DNA é que se insere no sítio alvo. Então é um mecanismo muito semelhante aos retrovírus, por isso que eles são chamados de de retrotransposons. Os retrotransposons, por sua vez, podem ser de dois tipos.
Os retrotransposons do tipo viral, por exemplo, nós vamos ver aqui ao longo dessa aula o elemento TAI em levedura e também o elemento L1, também existe na espécie humana, um desses tipos de retrotransposons. E os retroprosons, eles são caracterizados... Os retrotransposons são caracterizados por apresentarem repetições terminais longas e os retroposons, por sua vez, não apresentam essas LTRs, essas repetições terminais longas, as siglas sempre vêm do inglês.
Um exemplo de retroposons, então, são aqueles associados aos telômeros em drosófila, em moscas do gênero drosófila. Aqui um outro exemplo de transposon, além daquele que já foi elucidado no início da aula, que são os transposons do milho, é o elemento P em drosófila. Então, a partir da década de 60, descobriu-se que algumas linhagens, dependendo de se ela apresentava esse elemento P, esse elemento genético móvel ou não, elas poderiam, em alguns cruzamentos, produzir híbridos que são inviáveis, estéreis. com grande concentração de mutações, uma frequência muito alta de mutações.
Esse fenômeno, então, chamado de desgenesia híbrida. Então, quando que era promovido, que tipo de cruzamento era promovido na produção de desgenesia híbrida? Era, então, entre uma fêmea com citoplasma do ovócio do tipo M, ou seja, que não tem o elemento transponível, cruzado com macho.
com o citoplasma do tipo P, ou seja, apresentando, então, o elemento P. Desse cruzamento, somente nessa direção aqui, é que ocorre a desginesia híbrida, né? Os híbridos estériles, inviáveis, com grande quantidade de quebras cromossômicas e de mutações. O que que acontece?
O citoplasma M permite a transposição, né? Vale ressaltar também que esses elementos P de drosófila, Eles só se transpõem nas células germinativas, eles não se transpõem nas células somáticas. Então aqui nós estamos falando, no processo de fecundação, o citoplasma M, da fêmea M, permite a transposição, enquanto um citoplasma P, por exemplo, se a fêmea fosse fêmea P aqui, não haveria transposição, porque um citoplasma P reprime a transposição. daquele macho carregando o elemento P.
A transposase, como eu já falei, não é sintetizada nas células somáticas, por isso que esse elemento P só se transpõe nas células germinativas. E, curioso, que as linhagens anteriores, as linhagens de laboratório de drosófila, anteriores a 1950, não têm o elemento P, o que sugere, então, que a infestação desses elementos P, no gênero drosófila, ocorreu depois dessa data, depois de 1950. Aqui é um exemplo, então, de transposon de eucarioto, o retrotransposon LTR, então aqueles que têm as longas repetições terminais. Um exemplo é o elemento tai, o tai, da sigla do inglês, que é de transposon ist, que significa...
transposon de levedura. Aqui está mostrando, então, como que foi demonstrado que eles são retrotransposons, ou seja, que eles se transpõem por intermédio de uma molécula de RNA e não de DNA, como no caso dos transposons do milho ou do elemento P de drosófila mencionado anteriormente. Então, fizer por meio de engenharia genética, construir um plasmídio com o elemento. aqui os elementos, as regiões terminais longas repetidas, e aqui a região codificante, então representada em verde, do elemento TAI. Inseriram isso num plasmídio e junto ainda, anterior a uma das regiões LTR, inseriram um promotor que era sensível à galactose, de modo que eles conseguiriam controlar a expressão, ou seja, a transposição desse elemento genético móvel.
Toda vez que se promovia, que se injetava galactose no meio, induziria, então, a transposição desse elemento TAI, já que eles ligaram o elemento TAI a um promotor da galactose. Além disso, no meio da região codificadora, então, do elemento TAI, também inseriram um íntron. O que é esse íntro? Esse íntro é um segmento de RNA que não faz parte da molécula do RNA maduro.
Então, nós vamos ver na próxima aula que depois do evento de transcrição do RNA, existem etapas que processam esse RNA, que ele deixa de ser um RNA, um transcrito primário, para um transcrito maduro. Uma dessas etapas, chamadas de recomposição, É exatamente isso, remove os íntrons que não farão parte do transcrito maduro e une então os exons que são as regiões que serão traduzidas depois no processo de tradução. Então esse íntron aqui, ele é removido no processamento do RNA transcrito, então só ocorre a remoção dos íntrons se essa molécula se transpor. por intermédio de uma molécula de RNA. E o que eles descobriram, depois de sequenciar onde esses elementos TIE se inseriram, foi que a região do elemento TIE não tinha aquele índromo que foi introduzido.
O que sugeriu fortemente, uma forte evidência, que essa região elemento TIE, sempre promovido, ativado pela administração de Galactos... no meio, ele era transcrito então numa molécula de RNA como um retrovírus, semelhante a um retrovírus, e que essa molécula de RNA então também era processada, porque o íntron que foi colocado artificialmente na região codificadora do elemento TAI não estava presente depois que esse elemento então foi transposto. Então, lembrando que esse RNA mensageiro aqui...
Aqui depois ele é convertido pela enzima transcritase reversa, que tem a mesma função da telomerase que nós falamos na aula anterior. A telomerase é aquela que transcreve, que estende as regiões teloméricas, as extremidades do cromossomo. Um outro exemplo de retrotransposon em humano é esse elemento L1.
Ele está presente no cromossomo 22 humano e ele regularmente, frequentemente, ele pode se transpor para uma região do cromossomo X, mais especificamente na região do gene do fator 8, que é um dos genes que atuam no processo de coagulação sanguínea. Então, quando o... ocorre a inserção desse elemento L1, quando ele deixa o cromossomo 22 e se insere na região do cromossomo X no gene do fator 8, a pessoa não consegue mais sintetizar a proteína do gene do fator 8 e então acaba resultando em hemofilia. Os retroposons, então, são aqueles que não têm as regiões terminais longas, mas eles têm os mecanismos de transposição também. semelhante ao retrovírus.
Então, um exemplo desse tipo de retroposom também ocorre em moscas do gênero drosófila. Existem dois elementos, telomerase associate retrotransposom, que significa, na sigla em inglês, retrotransposom associado aos telômeros. A enzima telomerase, como mencionado na aula anterior sobre replicação do DNA, Ela comete muitas falhas conforme o tempo de ação dessa enzima dentro de uma célula. O que vai acontecendo quando a telomerase vai perdendo a sua função?
Há a tendência de um encurtamento dos cromossomos, já que é ela que promove a extensão da extremidade dos cromossomos para no momento da replicação, quando se removem os prármios, não haver um encurtamento. Quando a telomerase, então, deixa... de funcionar, ocorre um encurtamento dos telômeros.
Só que isso é muito mais raro. Em drosófila, gassas a presença desses elementos genéticos móveis nas extremidades dos cromossomos. Então, eles carregam em série grandes sequências de DNA nas extremidades dos cromossomos, impedindo que ocorra esse encurtamento dos cromossomos, que é resultado, então, do envelhecimento celular, da perda da atividade.
da enzima telomerase. Bom, então como nós vimos, esses elementos genéticos móveis, por estarem amplamente distribuídos nos genomas dos organismos, por promover, inclusive, a transferência horizontal de genes, o que é muito importante, principalmente para o micro-organismo, que uma linhagem que não é resistente, quando ocorre essa transferência horizontal para uma outra linhagem, ela passa a ser resistente a um determinado antibiótico. Então, obviamente, esses elementos tiveram uma importância muito grande durante o processo evolutivo. A possibilidade de transferência horizontal de genes.
Eles são amplamente espalhados, como eu falei, em humanos, em mamíferos, cerca de 25% a 40% do genoma apresentam sequências desse tipo. O que poderia promover, ao longo do processo evolutivo, mudanças, respostas rápidas a alterações. ambientais, então isso poderia ser vantajoso. Obviamente, toda essa quantidade de elementos genéticos móveis nos genomas dos organismos, ela é quase imóvel, foi promovido alguns mecanismos que impedissem a transposição frequente desses elementos, senão ocorreria a geração de muitas mutações, invibializaria o funcionamento celular e o funcionamento do organismo. Mas eles foram muito importantes ao longo do processo evolutivo, então por fornecerem uma vantagem adaptativa relativamente rápida, já que pode ser passado esses elementos entre linhagens, já que pode ocorrer a transferência horizontal, e isso então favoreceu a sobrevivência desses organismos em determinadas condições adversas.
Essa era a aula de hoje. A próxima aula, então, será sobre transcrição. Bom estudo!