Introdução à Genética
Abrigos seguros
FIGURA 15.23 As gramíneas, incluindo cevada, arroz, sorgo e milho, divergiram a partir de um ancestral comum há aproximadamente 70 milhões de anos. Desde aquela época, os elementos de transposição acumularam-se em níveis diferentes em cada espécie. Os cromossomos são maiores em milho e cevada, cujos genomas contêm grandes quantidades de retrotranspósons LTR. A cor verde no genoma parcial na parte inferior representa um aglomerado de transpósons, enquanto laranja representa os genes.
Abrigos seguros
A abundância de elementos de transposição nos genomas de organismos multicelulares levou alguns investigadores a postular que elementos de transposição bem-sucedidos (aqueles que são capazes de alcançar números muito altos de cópias) desenvolveram mecanismos para prevenir danos aos seus hospedeiros por meio da não inserção em genes hospedeiros. Em vez disso, os elementos de transposição bem-sucedidos se inserem dentro dos assim denominados abrigos seguros no genoma. Em relação às gramíneas, um abrigo seguro para novas inserções aparenta ser em outros retrotranspósons. Outro abrigo seguro é a heterocromatina dos centrômeros, na qual existem muito poucos genes, mas muito DNA repetitivo (ver
Capítulo 12 para mais sobre a heterocromatina). Muitas classes de elementos de transposição em espécies de plantas e de animais tendem a inserir-se na heterocromatina centromérica.
Abrigos seguros em genomas pequenos | Inserções dirigidas. Contrariamente aos genomas de eucariotos multicelulares, o genoma de leveduras unicelulares é muito compacto, com genes próximos e muito poucos íntrons. Com quase 70% de seu genoma como éxons, existe uma alta probabilidade de que novas inserções de elementos de transposição interrompam uma sequência codificadora. Ainda assim, conforme vimos anteriormente neste capítulo, o genoma de leveduras ampara uma coleção de retrotranspósons LTR denominados elementos Ty.
Como os elementos de transposição são capazes de se difundir para
novos sítios nos genomas com poucos abrigos seguros? Investigadores identificaram centenas de elementos Ty no genoma de leveduras sequenciado e determinaram que eles não estão distribuídos aleatoriamente. Em vez disso, cada família de elementos Ty insere-se em uma região genômica em particular. Por exemplo, a família Ty3 insere-se quase exclusivamente próximo dos genes de tRNA, embora não nesses genes, em sítios onde eles não interferem com a produção de tRNA e, presumivelmente, não prejudicam seus hospedeiros. Os elementos Ty desenvolveram um mecanismo que possibilita a sua inserção em regiões do genoma em particular: as proteínas Ty necessárias para integração interagem com proteínas específicas de levedura ligadas ao DNA genômico. As proteínas Ty3, por exemplo, reconhecem e se ligam às subunidades do complexo da RNA polimerase que foram reunidas em
promotores de tRNA (Figura 15.24 A).
A capacidade de alguns transpósons de se inserirem preferencialmente
em determinadas sequências ou regiões genômicas é denominada direcionamento. Um exemplo surpreendente de direcionamento é ilustrado pelos elementos R1 e R2 de artrópodes, incluindo a Drosophila. R1 e R2 são
LINE (ver Figura 15.21) que se inserem apenas em genes que produzem RNA ribossômico. Em artrópodes, diversas centenas de genes de rRNA
estão organizadas em arranjos em tandem (Figura 15.24 B). Com tantos genes codificando o mesmo produto, o hospedeiro tolera a inserção em um subconjunto. Entretanto, demonstrou-se que muitas inserções de R1 e R2 diminuem a viabilidade do inseto, presumivelmente por meio de interferência na montagem do ribossomo.
Revisão da terapia gênica. Este capítulo foi iniciado com uma descrição de um distúrbio genético recessivo denominado SCID (doença por imunodeficiência combinada grave). Os sistemas imunológicos de pessoas afetadas pela SCID estão gravemente comprometidos em virtude de uma mutação em um gene que codifica a enzima adenosina desaminase. Para corrigir esse defeito genético, células da medula óssea de pacientes com SCID foram coletadas e tratadas com um vetor retrovírus contendo um gene ADA normal. Em seguida, as células transformadas foram infundidas de volta nos pacientes. Os sistemas imunólogos da maior parte dos pacientes demonstraram melhora significativa. Entretanto, a terapia apresentou um efeito colateral muito sério: dois dos pacientes desenvolveram leucemia. Em ambos os pacientes, o vetor retroviral inseriu-se (integrou-se) próximo de um gene celular cuja expressão aberrante está associada à leucemia. Um provável cenário é que aquela inserção do vetor retroviral próximo ao gene celular alterou a sua expressão e, indiretamente, causou a leucemia.