Os elementos de transposons: tipos, categorias e exemplos

Leia este artigo para aprender sobre os tipos, categorias e exemplos de elementos de transposons!

Em ambos os genomas procarióticos e eucarióticos certos genes (sequências nucleotídicas) são capazes de se mover de um local para outro dentro do mesmo cromossomo ou entre diferentes cromossomos, além de provocar mudanças mutacionais ou regulatórias nos loci em que se inserem, sua capacidade de transferir genes de um localização para outro deu-lhes o apelido Jumping genes.

Esses elementos móveis têm sido chamados de "elementos móveis", "casetes", seqüências de inserção e "transposons". O nome formal para essa família de genes móveis são elementos transponíveis e seu movimento é chamado de transposição.

O termo transposon foi cunhado por Hedges e Jacob em 1974 para um segmento de DNA que podia mover-se de uma molécula de DNA (ou cromossomo) para outra e possuía resistência à ampicilina antibioica.

Trabalho de McClintock (em Transposons):

Os transposons foram identificados pela primeira vez no milho por Barbara McClintock (ela os chamou de elementos de controle) no final da década de 1940. Ela analisou um sistema de duas unidades de elementos de controle (agora chamados de transposons) no milho. Ela descobriu que o gene de dissociação (Ds) no 9º cromossomo causava a quebra do cromossomo no ponto em que estava localizado.

Mas os Ds só estavam ativos na presença de um gene ativador (Ac) que poderia estar localizado em qualquer um dos outros cromossomos. Quando Ds e Ac estavam presentes, a perda de parte do 9º cromossomo freqüentemente levava a efeitos observáveis. Por exemplo, o alelo dominante C 'no locus C do 9º cromossomo inibe a formação de cor, de modo que os grãos C são incolores.

Um núcleo de endosperma CC fertilizado por um núcleo de pólen de rolamento C 'formaria, portanto, um endosperma incolor de CCC. Se, no entanto, o pólen continha Ds no locus C ou próximo dele, além de um gene Ac, seriam formados muitos núcleos nos quais apareceriam manchas coloridas. Esses pontos representaram a perda do alelo C 'em um estágio específico em desenvolvimento, permitindo a formação de cor.

Em contraste com o efeito de dosagem de Ds e aumento na dosagem de Ac não produziu aumento correspondente na pigmentação. Na verdade, três doses de Ac levaram à formação de grãos que mostraram apenas pontos muito pequenos. Isso foi interpretado como significando que, à medida que a dosagem de Ac aumentava, a quebra cromossômica iniciada por Ds era adiada para estágios posteriores de desenvolvimento.

Por causa de seu efeito sobre outros genes, McClintock chamou essas unidades de “elementos controladores”. Em um caso (Ds), os elementos de controle atuam em seus vizinhos imediatos e, em outro caso (Ac), o elemento de controle pode agir à distância. Como mostrado pelo efeito de dosagem de Ac, um elemento de controle também pode determinar o tempo em que ocorre a atividade do gene.

McClintock concluiu que os elementos de controle podem agir à distância. Como mostrado pelo efeito de dosagem de Ac, um elemento de controle também pode determinar o tempo em que ocorre a atividade do gene. McClintock concluiu que os elementos controladores são genes que regulam a atividade de outros genes em níveis muito básicos, além da mutabilidade.

Tipos de elementos transponíveis:

Elementos transponíveis são de dois tipos principais:

1. Sequências de inserção (Is) ou transposons simples.

As sequências de inserção são ADN curto de cerca de 800-1400 pb e têm a capacidade de transpor. Eles também promovem a recombinação entre cromossomos não homólogos e são considerados envolvidos na integração de episomes em cromossomos bacterianos.

Existem diferentes sequências de inserção, como IS1, IS2, IS3, IS4 e assim por diante, em E. coli. Recentemente o IS21 foi relatado em bactérias por Willetts et al. (1981). Os elementos IS têm repetições inversas de 9-40 pb (de modo que um determinado elemento IS tem uma sequência similar de bases em cada extremidade, mas em ordem inversa) em suas duas extremidades.

Elementos IS ocorrem em muitos locais no cromossomo E. coli, mas sua distribuição é não aleatória; eles parecem estar preferencialmente integrados em certos locais. A integração de um elemento IS em um gene destrói sua função. Acredita-se que os elementos IS sejam responsáveis ​​por uma fração apreciável de mutações genéticas espontâneas em bactérias e bacteriófagos.

Elementos IS são constituintes normais de cromossomos bacterianos, plasmídeos e até fagos. Os códigos IS são apenas para as proteínas necessárias para a sua transposição. Por exemplo, IS1 tem dois genes que codificam para as proteínas InsA e InsB que são necessárias para a sua transposição. Outros elementos IS contêm apenas uma única região de codificação longa que codifica a transposase que patrocina sua transposição.

Inserção de um elementos IS em um cromossomo gera uma curta (geralmente 5 ou 9 pb) repetições diretas que ladeiam o elemento IS. Quando este elemento IS transpõe, esta repetição direta permanece no local da inserção no cromossomo hospedeiro. A maioria dos elementos IS é inserida em uma variedade de locais dentro do DNA hospedeiro, mas alguns elementos mostram graus variados de preferência por pontos quentes específicos.

(2) Transposons (Tn) ou transposons complexos:

Transposons (Tn) são elementos transponíveis mais complexos; eles geralmente têm mais de 2000 pb de comprimento, carregam um ou mais genes não relacionados à sua transposabilidade (por exemplo, genes para resistência a antibióticos) e têm elementos do tipo IS repetidos em seus extremos.

Os elementos IS nas duas extremidades de um elemento Tn podem estar na mesma orientação (repetições terminais diretas), por exemplo, IS1 nas extremidades de Tn 9 de E. coli, ou na orientação oposta (repetições de terminal inverso), por exemplo, IS10 em Tn 10 de E. coli.

A integração de transposons em um cromossomo é acompanhada de uma duplicação de 5 a 9 pb do cromossomo imediatamente adjacente às extremidades dos elementos Tn. Elementos transponíveis são encontrados em eucariotos, por exemplo, milho, levedura, drosófila, etc., e os genomas de DNA de certos vírus causadores de câncer (retrovírus) são semelhantes em estrutura aos elementos Tn bacterianos.

Os elementos controladores dos eucariotos são também chamados de elementos transponíveis e são semelhantes em estrutura ao transposon bacteriano (elementos Tn). Em alguns transposons, os elementos IS em ambas as extremidades são idênticos, por exemplo, IS1 em Tn9, mas em outros eles podem estar intimamente relacionados, mas não idênticos, por exemplo, IS 10L e IS 10R em Tn 10. Quando os dois elementos IS de um transposon é idêntico, qualquer elemento pode patrocinar a transposição, mas quando eles são diferentes, eles podem diferir na capacidade funcional, de modo que a transposição pode depender principalmente de um dos dois elementos.

Os eventos gerais durante a inserção de transpons são os seguintes:

1. Quebras escalonadas são produzidas no DNA alvo

2. Os transposons se unem às extremidades de fita simples salientes e

3. As lacunas restantes são então preenchidas gerando as repetições do DNA alvo no local de inserção.

A transposição pode ser conservadora ou replicativa. Na transposição conservadora, os transposons se movem para fora do local e se inserem em um novo local, deixando uma quebra de fita dupla no DNA alvo no local anterior.

A quebra do cordão duplo assim produzida pode ou não ser reparada, por exemplo, IS10, Tnl0 etc. Mas, na transposição replicativa, uma nova cópia do transposon é produzida, que é inserida em um novo local de destino. Como resultado, o site original permanece inalterado. Um grupo de transposons relacionados a Tn A se movimenta dessa maneira.

Os elementos controladores do milho e de outros eucariotos podem ser agrupados em duas classes: (1) autônomos e (2) não autônomos. Elementos autônomos têm a capacidade de extirpar e transpor. Mas os elementos não autônomos não têm a capacidade de transpor; eles só transpõem quando um membro autônomo da mesma família está presente em outras partes do genoma. Os elementos não autônomos podem ser derivados de elementos autônomos pela perda de funções transacionais necessárias para a transposição.

Categorias:

Os genomas eucarióticos também possuem uma variedade de elementos transponíveis, que se enquadram nas duas categorias seguintes:

1. Transposons:

Eles são comparáveis ​​aos transposons bacterianos e não têm vida fora do genoma, por exemplo, os elementos controladores do milho. Juntamente com os transposons bacterianos e elementos IS, eles formam um grupo de elementos muitas vezes considerados como DNA egoísta, uma vez que estão principalmente preocupados com sua própria propagação.

2. Retroposons:

Esses elementos são cópias de DNA de vírus de RNA chamados retrovírus ou derivados de tais cópias e podem até ter perdido a capacidade de transposição. Esses elementos também geram pequenas repetições diretas do DNA alvo durante sua inserção.

Exemplo de um transposon:

Tn 3 transposon de E. coli. A estrutura molecular deste transposon foi trabalhada. A Tn3 tem 4957 pb e contém três genes, como tnpA, tnpR e bla, codificando respectivamente as seguintes proteínas; transposase com 1015 aminoácidos e requerida para transposição; um repressor (ou resolvase) contendo 185 aminoácidos que regula a enzima transposase e β-lactamase que confere resistência ao antibiótico ampicilina. Repetição invertida de cerca de 38 pb ocorre em ambos os lados do Tn 3.