Introdução à Genética
15.5 Regulação epigenética de elementos de transposição pelo hospedeiro
FIGURA 15.24 Alguns elementos de transposição são direcionados a abrigos seguros específicos. A. O retrotranspóson Ty3 de levedura insere-se na região promotora de genes de RNA transportador. B. Os retrotranspósons não LTR (LINE) R1 e R2 de Drosophila inserem-se em genes que codificam RNA ribossômico que são observados em longos arranjos em tandem no cromossomo. Apenas os genes de transcriptase reversa (RT) de R1 e R2 são destacados.
Claramente, o sério risco associado a esse tipo de terapia gênica poderia
ser bem menor se os médicos pudessem controlar onde o vetor retroviral se integra no genoma humano. Já vimos que existem muitas semelhanças entre os retrotranspósons LTR e os retrovírus. Existe a esperança de que, ao compreendermos o direcionamento de Ty em leveduras, possamos aprender como construir vetores retrovirais que se inseriram, com sua carga transgênica, em abrigos seguros no genoma humano.
CONCEITO-CHAVE Um elemento de transposição bem-sucedido aumenta o número de cópias
sem prejudicar seu hospedeiro. Um modo por meio do qual um elemento aumenta com
segurança o número de cópias é com o direcionamento de novas inserções para abrigos
seguros, regiões do genoma nas quais existem poucos genes.
15.5 Regulação epigenética de elementos de
transposição pelo hospedeiro
A análise genética é uma ferramenta muito poderosa utilizada para dissecar processos biológicos complexos por meio do isolamento de mutantes e,
finalmente, de genes mutantes (p. ex., ver Capítulo 13 sobre o desenvolvimento). Muitos laboratórios em todo o mundo estão utilizando análises genéticas para identificar os genes hospedeiros responsáveis pela repressão de movimento dos elementos de transposição e, desse modo, manter a estabilidade do genoma.
A repressão de elementos de transposição foi investigada pela primeira
vez no laboratório de Ron Plasterk no final da década de 1990, com a utilização do organismo-modelo C. elegans (um nematódeo; ver
Organismo-modelo, no Capítulo 13). Essa história tem início com a observação de uma diferença surpreendente entre a mobilidade de um elemento de transposição denominado Tc1 em dois tipos celulares diferentes do organismo-modelo. O Tc1 é um transpóson de DNA que, assim como o elemento Ac do milho, pode levar a um fenótipo mutante
instável quando é excisado de um gene com um fenótipo visível (ver Figura
15.4). Existem 32 elementos Tc1 no genoma sequenciado da linhagem de laboratório comum denominada Bristol. Significativamente, Tc1 é transposto em células somáticas, mas não nas células da linhagem germinativa. Tal observação sugeriu a Plasterk que a transposição é reprimida na linhagem germinativa pelo hospedeiro. Evidentemente, a repressão na linhagem germinativa resulta do silenciamento dos genes de transposase de todas as 32 cópias do Tc1 nas células da linhagem germinativa. Você consegue propor uma explicação sobre qual o sentido biológico de um hospedeiro reprimir a transposição na linhagem germinativa e não na somática?
Plasterk e seus colaboradores decidiram identificar os genes de C.
elegans responsáveis pelo silenciamento do gene da transposase. Eles iniciaram com uma linhagem de C. elegans que apresentava Tc1 inserido no
gene unc-22 (designado unc-22/Tc1; Figura 15.25). Esse era o mesmo gene que estava silenciado no experimento de Fire e Mello que os levou a
compartilharem o Prêmio Nobel (ver Capítulo 8). Enquanto C. elegans do tipo selvagem desliza suavemente sobre a superfície do ágar em uma placa
de Petri (conforme ilustrado pelas setas horizontais na Figura 15.25), vermes com o gene unc-22/Tc1 mutante apresentam um movimento de
contração (conforme ilustrado pelas setas verticais na Figura 15.25), que pode ser facilmente observado com um microscópio. Tendo em vista que Tc1 normalmente não consegue realizar transposição na linhagem germinativa, ele permanece inserido no gene unc-22 e continua a interromper a sua função. Portanto, a linhagem com o gene mutante unc-22/Tc1 deve expressar um fenótipo de contração de geração à geração. Entretanto, Plasterk e colaboradores raciocinaram que as mutações que inativavam os genes de C. elegans necessários para a repressão possibilitariam a Tc1 excisar-se do alelo unc-22/Tc1 na linhagem germinativa e reverter o fenótipo de contração para o tipo selvagem (unc-22). Com essa finalidade, eles expuseram a linhagem unc-22/Tc1 mutante a uma substância química que aumentava muito a frequência de mutação
(denominada mutágeno; ver Capítulo 16) e examinaram a sua progênie ao microscópio, procurando por vermes raros que haviam deixado de apresentar a contração.
FIGURA 15.25 Desenho experimental utilizado para identificar os genes necessários para reprimir a transposição. Investigadores procuram por mutantes que tenham obtido novamente o movimento normal, tendo em vista que mutações nestes indivíduos teriam incapacitado o mecanismo de repressão que evita a transposição do elemento Tc1 do gene unc-22.
Essa triagem genética e outras subsequentes identificaram mais de 25
genes de C. elegans que, quando mutados, possibilitavam que o hospedeiro excisasse o Tc1 na linhagem germinativa. Significativamente, muitos dos produtos desses genes são componentes integrantes da via de silenciamento
do RNAi, incluindo proteínas observadas em Dicer e RISC (ver Capítulos 8
e 12). Lembre, do Capítulo 8, que Dicer se liga a dsRNA longos e os cliva em pequenos fragmentos de dsRNA. Esses fragmentos em seguida se desenrolam de modo que um filamento, o siRNA, possa direcionar RISC para cortar mRNA complementares (ver Figura 8.24).
Iniciando com essa elegante triagem genética, muitos anos de
experimentação levaram ao modelo a seguir de repressão de elementos de transposição na linhagem germinativa de C. elegans. Com 32 elementos Tc1 dispersos por todo o genoma de C. elegans, alguns elementos próximos de genes são transcritos com o gene próximo por meio de transcrição
“contínua de leitura” (ver Capítulo 8). Tendo em vista que as extremidades de Tc1 são repetições terminais invertidas de 54 pb, o RNA de Tc1 forma
espontaneamente dsRNA (Figura 15.26). Assim como todos os dsRNA produzidos na maior parte dos eucariotos, esse RNA é reconhecido por Dicer e finalmente o siRNA é produzido, que direciona RISC para cortar os transcritos complementares de Tc1. Tendo em vista que todo RNA de Tc1 é cortado de modo eficiente na linhagem germinativa, o gene da transposase codificado pelo elemento é silenciado. Sem a transposase, o elemento não consegue excisar. Foi formulada a hipótese de que Tc1 consegue realizar transposição em células somáticas em virtude de o RNAi não ser tão eficiente e alguma transposase poder ser produzida.
Ao longo da última década, diversos laboratórios que trabalham com
plantas e animais descobriram que as mutações que rompem a via do RNAi com frequência levam à ativação de elementos de transposição em seus respectivos genomas. Em virtude da abundância de elementos de transposição nos genomas eucarióticos e sua associação ancestral, sugeriu-se que a função natural da via do RNAi é manter a estabilidade do genoma ao reprimir o movimento dos elementos de transposição.
CONCEITO-CHAVE Hospedeiros eucarióticos utilizam RNAi para reprimir a expressão de
elementos de transposição ativos em seus genomas. Desse modo, um único elemento que se