Introdução à Genética
Mecanismo de transposição
FIGURA 15.6 A. Tn10, um exemplo de um transpóson composto. Os elementos IS estão inseridos em orientação oposta e formam repetições invertidas (IR). Cada elemento IS carreia uma transposase, mas apenas uma normalmente é funcional. B. Tn3, um exemplo de um transpóson simples. Repetições invertidas curtas não contêm transposase. Em vez disso, os transpósons simples codificam sua própria transposase. A resolvase é uma
proteína que promove recombinação e que resolve os cointegrados (ver Figura 15.9).
Um transpóson pode pular de um plasmídio para um cromossomo
bacteriano ou de um plasmídio para outro plasmídio. Desse modo, são
gerados plasmídios resistentes a múltiplos fármacos. A Figura 15.7 é um diagrama composto de um fator R, que indica os diversos locais nos quais os transpósons podem estar localizados. Em seguida, consideramos a questão de como ocorrem tais eventos de transposição ou mobilização.
CONCEITO-CHAVE Os transpósons foram originalmente detectados como elementos genéticos
móveis que conferem a resistência a fármacos. Muitos desses elementos são compostos por
elementos IS que anqueiam um gene que codi ca a resistência a fármacos. Essa organização
promove a disseminação de bactérias resistentes a fármacos por meio da facilitação do
movimento do gene de resistência do cromossomo de uma bactéria resistente para um
plasmídio que pode ser conjugado a outra linhagem bacteriana (suscetível).
Mecanismo de transposição
Conforme já declarado, a movimentação de um elemento de transposição depende da ação de uma transposase. Essa enzima desempenha papéis-chave nos dois estágios da transposição: excisão (saída) do local original e inserção em um novo local.
Excisão do local original. A maior parte dos elementos de transposição em procariotos (e em eucariotos) emprega um de dois mecanismos de transposição, denominados replicativo e conservativo (não replicativo),
conforme ilustrado na Figura 15.8. Na via replicativa (conforme demonstrada em relação ao Tn3), uma nova cópia do elemento de transposição é gerada no evento de transposição. Os resultados da transposição são que uma cópia aparece no novo sítio e uma cópia permanece no sítio antigo. Na via conservativa (conforme demonstrada em relação ao Tn10), não existe replicação. Em vez disso, o elemento é excisado do cromossomo ou do plasmídio e é integrado ao novo sítio. A via conservativa também é denominada “corte e colagem”.
Transposição replicativa. Tendo em vista que esse mecanismo é um pouco
complicado, ele será descrito aqui em mais detalhes. Assim como a Figura
15.8 ilustra, uma cópia de Tn3 é produzida a partir de uma cópia única inicial, produzindo duas cópias de Tn3.
A Figura 15.9 demonstra os detalhes dos intermediários na transposição
do Tn3 de um plasmídio (o doador) para outro plasmídio (o alvo). Durante a transposição, os plasmídios doador e receptor são temporariamente fundidos, formando um plasmídio duplo. A formação desse intermediário é catalisada pela transposase codificada por Tn3, que realiza cortes no filamento único nas duas extremidades de Tn3 e cortes desencontrados na sequência-alvo e une as extremidades livres, formando um círculo fundido, denominado cointegrado. O elemento de transposição é duplicado no evento de fusão. O cointegrado em seguida é resolvido por meio de um evento semelhante à recombinação, que transforma um cointegrado em dois círculos menores, deixando uma cópia do elemento de transposição em cada plasmídio. O resultado é que uma cópia permanece no local original do elemento, enquanto a outra é integrada em uma nova posição genômica.
Transposição conservativa. Alguns transpósons, tais como o Tn10, são excisados do cromossomo e integrados no DNA-alvo. Nesses casos, o DNA do elemento não é replicado e o elemento é perdido a partir do sítio do
cromossomo original (ver Figura 15.8). Assim como a transposição replicativa, essa reação é iniciada pela transposase codificada pelo elemento, que realiza cortes nas extremidades do transpóson. Entretanto, contrariamente à transposição replicativa, a transposase corta o elemento fora do sítio do doador. Em seguida, ela realiza um corte desencontrado em um sítio-alvo e insere nele o elemento. Revisaremos esse mecanismo em mais detalhes em uma discussão sobre a transposição de elementos de transposição eucarióticos, incluindo a família de Ac/Ds de milho.
FIGURA 15.7 Mapa esquemático de um plasmídio com diversas inserções de transpósons simples e compostos que carreiam genes de resistência. As sequências dos plasmídios estão em azul. Estão demonstrados os genes que codificam resistência aos antibióticos tetraciclina ( R R R R tet ), canamicina ( kan ), estreptomicina ( sm ), sulfonamida ( su) e ampicilina ( R R amp ), bem como ao mercúrio ( hg). O segmento determinante de resistência consegue se mover como um grupo de genes de resistência. Tn3 está dentro de Tn4. Cada transpóson pode ser transferido de modo independente. (Dados de S. N. Cohen e J. A. Shapiro, “Transposable Genetic Elements”. Direitos autorais 1980 por Scientific American, Inc. Todos os direitos reservados.)
FIGURA 15.8 A transposição de elemento móvel pode ser replicativa ou conservativa. Ver texto para detalhes.
FIGURA 15.9 A transposição replicativa de Tn3 ocorre por meio de um intermediário cointegrado.
Inserção em um novo local. Vimos que a transposase continua a desempenhar um papel importante na inserção. Em uma das primeiras etapas da inserção, a transposase realiza um corte desencontrado no sítio-alvo do DNA (não diferente das quebras desencontradas catalisadas pelas
endonucleases de restrição no arcabouço açúcar-fosfato do DNA). A Figura
15.10 demonstra as etapas na inserção de um elemento de transposição genérico. Nesse caso, a transposase realiza um corte desencontrado de cinco pares de bases. O elemento de transposição se insere entre as extremidades
cortadas e o maquinário de reparo do DNA hospedeiro (ver Capítulo 16) preenche o intervalo oposto a cada filamento único utilizando as bases das projeções como molde. Agora existem duas sequências duplicadas, cada uma com cinco pares de bases de comprimento, nos sítios das projeções anteriores. Essas sequências são denominadas duplicação de sítio-alvo. Praticamente todos os elementos de transposição (tanto em procariotos quanto eucariotos) são flanqueados por uma duplicação de sítio-alvo, indicando que todos utilizam um mecanismo de inserção semelhante àquele
demonstrado na Figura 15.10. O que difere é o comprimento da duplicação; um tipo particular de elemento de transposição apresenta um comprimento característico para sua duplicação de sítio-alvo — tão pequeno quanto dois pares de bases para alguns elementos. É importante ter em mente que os elementos de transposição apresentam repetições invertidas em suas extremidades e que as repetições invertidas são flanqueadas pela duplicação de sítio-alvo — que é uma repetição direta.
FIGURA 15.10 Uma sequência curta de DNA é duplicada no sítio de inserção do transpóson. O DNA receptor é clivado em sítios desencontrados (está demonstrado um corte desencontrado de 5 pb), levando à produção de duas cópias da sequência de cinco pares de bases que flanqueiam o elemento inserido.