Introdução à Genética
Elementos de transposição no genoma humano
FIGURA 15.21 Diversas classes gerais de elementos de transposição são observadas no genoma humano. (Dados de Nature 409, 880 [15 de fevereiro de 2001], “Initial Sequencing and Analysis of the Human Genome”, The International Human Genome Sequencing Consortium.)
Elementos de transposição no genoma humano
Quase metade do genoma humano é derivada de elementos de transposição. A maioria desses elementos de transposição é de dois tipos de retrotranspósons, denominados elementos longos intercalados, ou LINE, e
elementos curtos intercalados, ou SINE (ver Figura 15.21). Os LINE se movem como um retrotranspóson com o auxílio de uma transcriptase reversa codificada por um elemento, mas não apresentam algumas características estruturais de elementos do tipo retrovírus, incluindo LTR
(ver Figura 15.12 D). Os SINE podem ser mais bem-descritos como LINE não autônomos, tendo em vista que eles apresentam as características estruturais de LINE, mas não codificam a sua própria transcriptase reversa. Presumivelmente, eles são mobilizados por enzimas transcriptases reversas que são codificadas por LINE presentes no genoma.
O SINE mais abundante em seres humanos é denominado Alu, em
virtude de conter um sítio-alvo para a enzima de restrição Alu. O genoma humano contém mais de 1 milhão de sequências Alu inteiras e parciais, dispersas entre os genes e dentro de íntrons. Essas sequências Alu compõem mais de 10% do genoma humano. A sequência Alu total apresenta aproximadamente 200 nucleotídios de comprimento e apresenta uma semelhança extraordinária com o RNA 7SL, um RNA que é parte de um complexo por meio do qual polipeptídios recém-sintetizados são secretados pelo retículo endoplasmático. Presumivelmente, as sequências Alu foram originadas como transcritos reversos dessas moléculas de RNA.
Existe aproximadamente 20 vezes mais DNA no genoma humano
derivado de elementos de transposição do que DNA codificador de todas as
proteínas humanas. A Figura 15.22 ilustra o número e a diversidade de elementos de transposição presentes no genoma humano, utilizando como exemplo as posições de Alu individuais, outros SINE e LINE na vizinhança de um gene humano típico.
O genoma humano parece ser típico de um organismo multicelular na
abundância e na distribuição de elementos de transposição. Portanto, uma questão óbvia é, Como as plantas e os animais sobrevivem com tantas inserções nos genes e tanto DNA móvel no genoma? Primeiramente, em
relação à função dos genes, todos os elementos demonstrados na Figura
15.22 estão inseridos em íntrons. Portanto, o mRNA produzido por esse gene não incluirá quaisquer sequências de elementos de transposição, tendo em vista que eles terão sido removidos do pré-mRNA com o íntron adjacente. Presumivelmente, os elementos de transposição se inserem tanto em éxons quanto em íntrons, mas apenas as inserções em íntrons permanecerão na população, tendo em vista que apresentam menos probabilidade de causar uma mutação deletéria. Diz-se que as inserções em éxons estão sujeitas à seleção negativa. Em segundo lugar, os seres humanos, assim como todos os outros organismos multicelulares, conseguem sobreviver com tanto DNA móvel no genoma em virtude de a vasta maioria ser inativa e não conseguir se mover ou aumentar o número de cópias. A maior parte das sequências de elementos de transposição em um genoma é de remanescentes que acumularam mutações inativadoras durante o período evolutivo. Outros ainda são capazes de movimentação, mas se tornam inativos pelos mecanismos reguladores do hospedeiro (ver Seção 15.5). Entretanto, existem alguns LINE e Alu ativos que conseguiram escapar do controle do hospedeiro e inseriram-se em genes importantes, causando diversas doenças humanas. Três inserções de LINE em separado romperam o gene do fator VIII, causando a hemofilia A. No mínimo 11 inserções Alu em genes humanos demonstraram causar diversas doenças, incluindo a hemofilia B (no gene do fator IX), a neurofibromatose (no gene NF1) e o câncer de mama (no gene BRCA2).
FIGURA 15.22 Diversos elementos repetitivos são observados no gene humano (HGO) que codifica a homogentisato 1,2-dioxigenase, a enzima cuja deficiência causa alcaptonúria. A fileira superior diagrama as posições dos éxons de HGO. As localizações de Alu (azul), outros SINE (roxo) e LINE (amarelo) na sequência de HGO estão indicadas na fileira inferior. (Dados de B. Granadino, D. Beltrán-Valero de Bernabé, J. M. Fernández-Cañón, M. A. Peñalva e S. Rodríguez de Córdoba, “The Human Homogentisate 1,2-dioxygenase (HGO) gene”, Genomics 43, 1997, 115.)
A frequência geral de mutação espontânea em virtude da inserção de
elementos da classe 2 em seres humanos é razoavelmente baixa, responsável por menos de 0,2% (1 em 500) de todas as mutações espontâneas caracterizadas. Surpreendentemente, as inserções de retrotranspósons são responsáveis por aproximadamente 10% das mutações espontâneas em outro mamífero, o camundongo. O aumento de aproximadamente 50 vezes nesse tipo de mutação no camundongo muito provavelmente corresponde à atividade muito mais alta desses elementos no genoma de camundongo do que no genoma humano.