Introdução à Genética
12.5 Inativação a longo prazo de genes em um ambiente de cromatina
12.5 Inativação a longo prazo de genes em um
ambiente de cromatina
Até agora, vimos como os genes são ativados em um ambiente de cromatina. Entretanto, conforme declarado no início deste capítulo, a maior parte dos genes em genomas eucarióticos está desligada em qualquer momento. Um dos achados mais surpreendentes da era da genômica é que muitos genes eucarióticos são inativos durante a vida do organismo. Isso leva a duas questões que serão abordadas nesta seção. Primeiramente, por que os organismos apresentam genes que estão sempre inativos? Em segundo lugar, como os organismos mantêm os genes em um estado inativo durante todo o seu período de vida?
Um dos modelos mais úteis para a compreensão dos mecanismos que
mantêm a inatividade dos genes a longo prazo diz respeito ao controle da alteração do tipo reprodutivo em leveduras. Os componentes do locus do tipo reprodutivo de leveduras foram introduzidos ao fim da Seção 12.2. Aqui, continuamos com a história ao enfocar no mecanismo de alteração do tipo reprodutivo, que requer que cada célula de levedura mantenha cópias inativas dos genes a e α em outros locais de seu genoma.
Alteração do tipo reprodutivo e silenciamento gênico
As células haploides de leveduras são capazes de alterar seu tipo reprodutivo, por vezes tão frequentemente quanto a cada ciclo celular. Desse modo, uma célula haploide de levedura de um tipo reprodutivo (digamos, a) formará uma colônia de ambas as células a e α, que podem cruzar para formar células diploides (a/α). Durante épocas de crise, tais como os períodos de escassez de nutrientes, cada célula diploide pode sofrer meiose e produzir quatro esporos haploides. Esse processo é vantajoso para a sobrevivência da espécie, tendo em vista que os esporos podem sobreviver em condições ambientais adversas melhor do que as células haploides.
As análises genéticas de determinados mutantes que não conseguiam
alterar seu tipo reprodutivo ou que não conseguiam reproduzir-se (eram estéreis) foram fontes de percepções-chave sobre a alteração do tipo reprodutivo. Entre os mutantes de alteração estavam diversos loci mutantes, incluindo o gene HO e os genes HMRa e HMLα. Estudos adicionais revelaram que o gene HO codifica uma endonuclease, enzima que cliva o
DNA (ver Capítulo 10), necessária para o início da alteração. Também se observou que os loci HMRa e HMLα, que estão no mesmo cromossomo do locus MAT, contêm “cassetes” dos alelos MATa e MATα, respectivamente, que não são expressos. Os loci HMR e HML, portanto, são “cassetes”
silenciosos. Lembre, do Capítulo 8, que um tipo de silenciamento gênico ocorre quando o dsRNA tem por alvo o complexo RISC para destruir o RNA complementar. Esse é um exemplo de silenciamento gênico pós-transcricional. Contrariamente, HMRa e HMLα não podem ser transcritos e, como tal, são exemplos de silenciamento gênico transcricional.
Duas características da alteração do tipo reprodutivo eram de interesse
para os geneticistas: como as células alteram o seu tipo reprodutivo e por que HMRa e HMLα são silenciosos em relação à transcrição? A chave para a alteração é a endonuclease HO, que inicia a alteração do tipo reprodutivo ao gerar uma quebra no filamento duplo no locus MAT. A interconversão do tipo reprodutivo ocorre então por meio de um tipo de recombinação entre o segmento de DNA (um cassete) de um dos dois loci não expressos e o locus MAT. O resultado é a substituição do cassete antigo no locus MAT por um novo cassete de HMRa ou HMLα. O tipo reprodutivo resultante é o tipo MATa ou MATα, dependendo de qual gene se encontra no locus MAT
(Figura 12.22). O cassete inserido de fato é copiado a partir do locus HMRa ou HMLα. Desse modo, a alteração é reversível, tendo em vista que a informação em relação aos cassetes a e α está sempre presente nos loci HMRa e HMLα e nunca é perdida. Portanto, a alteração do tipo reprodutivo fornece um exemplo de genes que precisam ser silenciados durante todo o período de vida de um organismo. Conforme você verá posteriormente neste capítulo, o silenciamento gênico durante todo o período de vida também ocorre em humanos e em todos os outros mamíferos.
FIGURA 12.22 O cromossomo III de S. cerevisiae codifica três loci de tipos reprodutivos, mas apenas os genes no locus MAT são expressos. HML codifica um cassete silencioso de genes α e HMR codifica um cassete silencioso de genes a. A cópia de um cassete silencioso e a inserção por meio de recombinação no locus MAT alteram o tipo reprodutivo.
A segunda característica de alteração do tipo reprodutivo de interesse
para os geneticistas é o mecanismo subjacente de silenciamento gênico. Por que os genes nos cassetes HMRa e HMLα não são expressos? Normalmente, esses cassetes são “silenciosos”. Entretanto, em mutantes SIR (reguladores de informação silenciosos), o silenciamento está comprometido, de modo que ambas as informações a e α são expressas. Os mutantes resultantes são estéreis. Isso significa que em leveduras normais, não mutantes, os genes nos cassetes HMRa e HMLα são capazes de serem expressos, mas não o são em virtude da ação das proteínas Sir. As proteínas Sir2, Sir3 e Sir4 formam um complexo que desempenha um papel-chave no silenciamento gênico. Sir2 é uma histona desacetilase que facilita a condensação da cromatina e ajuda a manter HMRa e HMLα em domínios da cromatina nos quais a transcrição não pode ser iniciada.