Usuário:Yleite/DNA não-codificante

Em genética, DNA não codificante descreve o DNA que não contém instruções para fazer proteínas (ou outros produtos celulares tais como o RNA não-codificante). Em eucariontes, uma grande percentagem do tamanho total do genoma de muitos organismos é composto por DNA não-codificante (um facto conhecido como "C-value enigma"). Algum do DNA não-codificante está envolvido na regulação da actividade das regiões codificantes. No entanto, muito deste DNA não tem função e por vezez é referido como "junk DNA".

Fração do DNA não codificante

A quantidade de DNA varia muito entre os organismos, assim também a proporção do DNA codificante e o não codificante. Mais de 98% do gnoma humano não codifica proteínas, incluindo os introns e o material da região intergênica.

O tamanho total do genoma, e por extensão do montante não codificante tem relação com a complexidade dos organismos, com exceções. Por exemplo, o genoma do unicelular Polychaos dubium (anteriormente conhecida como Amoeba dubia) foi descrita como tendo 200 vezes o tamanho do genoma humano.

Histórico

A descoberta do DNA ocorreu em 1869 e foi feita pelo bioquímico alemão Johann Friedrich Miescher , que buscava determinar os componentes químicos do núcleo celular e usava os glóbulos brancos contidos no pus para suas pesquisas. Os glóbulos brancos eram um bom material pois são células que apresentam núcleos grandes e fáceis de serem isolados do citoplasma. Além disso, o pus era muito fácil de se conseguir na época em ataduras usadas em ferimentos. E observou que o composto era rico em fósforo e nitrogênio , constituídos de moléculas grandes , no qual deu o nome de nucleína.

Em 1944, o bacteriologista canadense Oswald Avery e seus colaboradores identificam a molécula de DNA, o ácido desoxirribonucléico, como o material hereditário.

Mas só em 1953, através de dois pesquisadores, James Watson e Francis Crick , descobriram como seria a estrutura da molécula de DNA , apresentando duas cadeias de fosfato- desoxirribose em hélice, no exterior, unidas por duas bases aminas, no centro . As cadeias formam uma hélice similar a uma escada de caracol, e as bases são os degraus.

Por volta de 1965, pesquisadores observaram em experimentos de renaturação do DNA, que determinadas frações do material genético de mamíferos era capaz de renaturar até mais rapidamente que o DNA da bactéria E.coli, mesmo tendo o genoma menor que o dos mamíferos. Inferiu-se que a rápida renaturação no DNA dos mamíferos era causada por várias seqüências repetidas.

Após esses eventos em 1977, um grupo de pesquisadores ao analisarem o material genético , perceberam que haviam pequenos trechos de DNA que não encontrava-se correspondência no RNA mensageiro. O que não fazia nenhum sentido esses trechos de DNA, pois a idéia que se tinha na época é que a partir da fita de DNA era produzida RNA mensageiro, e posteriormente a produção de proteínas. Em 1978, o pesquisador Walter Gilbert sugeriu o termo íntrons (intragenic regions) para as regiões de DNA sem sentido, e exons (expressed regions) para as seqüências de DNA expressas em proteínas. Sendo o primeiro pesquisador a propor a provável existência de splicing alternativo.

Íntron

No DNA de eucariotos e observado em alguns procariotos, encontramos duas regiões com funções distintas, apresentadas como exons e íntrons.

Íntrons são regiões não-codificantes, que não fazem parte do RNA mensageiro(RNAm), enquanto os exons são regiões codificantes,presentes no RNAm. Eles estão relacionados a uma etapa muito importante do processo de síntese protéica dos eucariontes, denominada “splicing”. Neste processo (cujo nome significa “ato de cortar” em português), regiões específicas do RNA mensageiro (os íntrons) são recortadas e eliminadas, e praticamente todos os íntrons começam com GT e terminam com AG (regra GT/AG) e isto evidenciar que estas extremidades participam na sinalização para a excisão dos íntrons. Devemos lembrar que o RNA mensageiro é uma molécula de ácido nucléico sintetizada no núcleo através da transcrição da mensagem contida no DNA. Esses íntrons eliminados são segmentos não-codificantes, porque não levam nenhuma mensagem para produção de proteínas.

Depois que eles são eliminados, os segmentos resultantes (os exons) unem-se entre si, formando a molécula de RNA mensageiro funcional, com a mensagem madura, ou mensagem propriamente dita. Este processo é importante pois somente após ter passado por ele é que o RNA mensageiro se torna ativo na codificação da mensagem que levará à produção de uma proteína específica. As enzimas envolvidas no processo de “splicing” são formadas por um complexo de proteína e RNA (diferente da maioria das enzimas), sendo denominadas snRNPs, ou pequenas partículas de ribonucleoproteína nuclear (pronunciadas snurps). Acredita-se que a principal vantagem da ocorrência desse processo nos eucariontes seja o fato de seus transcritos primários poderem ser processados de vários modos (como um kit de montagem) para a produção de diferentes RNAs mensageiros maduros, dependendo do organismo ou do estágio de desenvolvimento em que ele se encontra, produzindo diferentes proteínas a partir de um mesmo segmento de DNA.

Hipóteses sobre a origem

Após a descoberta dos íntrons, muitas perguntas foram feitas sobre a sua origem, como exemplo: o por que eles são observados em eucariotos e não em procariotos, como e quando eles originaram. Ao longo dos anos vários pesquisadores elaboram hipóteses para explicar o surgimento dos íntrons. Atualmente duas hipóteses são fortemente apoiadas, sendo elas a “intron-early ” e “íntrons-late”.

• Intron-early

Propõe que os íntrons e exons já existiam nas primeiras linhagens dos procariotos e que ao longo da evolução, os íntrons foram perdidos, sendo eles conservados apenas nas linhagens de eucariotos. Os íntrons teriam sido perdidos nas linhagens procarióticas, por um processo de redução do tamanho do genoma,como resultado da pressão seletiva em favor da aceleração da replicação do DNA.

• Intron-late

Infere-se que os íntrons foram adicionados posteriormente durante a evolução, porém surgiu somente nos eucariotos. Esta hipótese, assume que os íntrons surgiram após a divergências entre procariotos e eucariotos.

Importância ou função

Ao longo da evolução, inferiu-se que os primeiros íntrons eram, de fato, elementos deletérios, e sua propagação em genomas eucarióticos foi possível devido a severos gargalos populacionais. E que atualmente a função fundamental dos íntrons nos eucariontes contemporâneos é o aumento na abundância de proteínas.

Os íntrons mantém individualidade dos exons como unidades básicas para a construção de novas proteínas, principalmente pelo mecanismo de exon shuffling (Troca de exons entre genes durante o processo evolutivo, levando à produção de proteínas com uma ou mais funções).

Quanto maior o número de unidades básicas mantidas individualizadas pelo organismo, maiores serão suas possibilidades evolutivas porque, desta forma, as possibilidades de recombinação de diferentes exons estarão aumentadas, em vista de um maior número de unidades básicas disponíveis. Consequentemente, as chances de criar novos genes com diferentes funções, neste organismo, serão mais elevadas. Por esta razão, ter exons grandes, em princípio, é uma desvantagem, pois significa que por ocasião da formação dos exons e íntrons daquela linhagem evolutiva, muitas das unidades básicas permaneceram juntas, em conseqüência, por exemplo, da perda, por mutações, de seqüências AGGTAGs, o que, evidentemente, acarreta a diminuição do número de diferentes genes que poderão ser formados no futuro. Ao contrário, ter exons menores significa que um maior número de unidades básicas foram individualizadas (menos seqüências AGGTAGs foram perdidas) e, por conseguinte, melhores as perspectivas evolutivas deste organismo. Com efeito, é o que ocorre com os vertebrados que possuem exons, comparativamente, menores.

DNA repetitivo

Como o próprio nome diz, são sequências repetidas de bases nitrogenadas (AAAATTTT) dentro do DNA, que não codificam proteínas, porem podem atuar como reguladores. O DNA de eucariotos é constituído principalmente por seqüência repetidas em tandem( que é a repetição de dois ou mais nucleotídeos, como exemplo, ATTGATTGATTG, onde ATTG é repetido mais de uma vez), no qual são subdivididos de acordo com o tamanho da repetição, resultando em satélites, minissatélites e microssatélites.

• Satélites

São consideradas repetições em tandem, no qual o tamanho da repetição é maior ou igual a 100 pares de base, e encontram-se principalmente na heterocromatina( que é a cromatina que permanece condensada durante todo o ciclo celular). Utilizados em estudos evolutivos como marcadores informativos no estudo comparativo entre espécies filogeneticamente próximas.

• Minissatélites

Correspondem a uma classe de sequências repetidas , sendo que estas sequências podem ter de 10 a 100 pares de base, em seres humanos estas repetições são ricas em GC( guanina e citosina), porém já foram encontrados em alguns primatas, aves, insetos,peixes e platas. Situados em diversas regiões do DNA, observados em grandes concentrações nas regiões subteloméricas dos cromossomos. Infere-se que sua principal função, é a atuação na recombinação gênica, e estudos revelam que existem proteínas que ligam-se a estas sequências nos cromossomos.

• Microssatélites

Também chamados de SSRs (sequências repetitivas simples), são repetições inferiores a 10 pares de base, encontrados em maior concentração nas regiões teloméricas nos cromossomos, mas podem estar dispersos por todo DNA. Estudos recentes indicam que a função dos microssatelites, estão associados na regulação da expressão gênica , organização da cromatina, replicação do DNA e em alguns casos de enfermidades( observado em humanos).

Outras importantes funções observadas nos minissatélites e microssatélites, é que por eles apresentarem um alto grau de polimorfismo e altas taxas de mutação( a cada geração), são utilizados como marcadores moleculares (estudos populacionais), em teste de paternidade e como ferramentas de investigação forense.

• Transposons e Retrotransposos

Também chamados de elementos moveis, são sequências dispersas por todo genoma, capazes de se transportar de um local a outro dentro do DNA. Os transposons são constituídos por sequências de DNA que codificam proteínas, com a função de aumentar estes elementos pelo genoma. Os retrotransposons, utilizam uma via de RNA intermediário que , por transcrição reversa, produzem novas cópias de DNA , que poderão ser integradas ao material genético.

Transposons são uma fonte de diversidade dentro de genoma de uma espécie. Por exemplo, pequenas mudanças em genes ajudam os organismos se adaptar e sobreviver em novos ambientes e populações com diversidade genética são menos vulneráveis a doenças e problemas com a reprodução. Inserções em determinados pontos do genoma também podem alterar a estrutura da proteína,afetando sua função, compreendendo assim a sua posição e variação no genoma humano, é importante para uma compreensão de algumas doença. As inserções podem causar diversas doenças genéticas, tais como a hemofilia Duchenne e distrofia muscular. Já os retrotransposons expandem o tamanho do genoma e podem causar embaralhamento do material genético, por exemplo, eles podem levar pedaços de sequências das proximidades, inserindo-os em outros locais do genoma, aumentando as chances de criação de novos genes.

Pseudogenes

Pseudogenes são regiões do DNA estruturalmente similares a genes, mas que não são transcritas. Até recentemente, eram entendidos como sequências não funcionais. Foram reconhecidos na década de 1970, quando cientistas começaram a tentar localizar regiões cromossômicas associadas com a produção de moléculas importantes. Ao procurarem pelos genes que codificavam determinadas proteínas, os cientistas acabaram identificando sequências de DNA que se pareciam com tais genes, mas não eram transcritas e, assim, não eram capazes de levar à produção de proteínas. Consequentemente, essas sequências não eram funcionais e, embora possuíssem características de genes (como a presença de promotores e sítios de splicing), foram chamadas de pseudogenes.

Estes são formados são formados por duplicação gênica, ou quando cópias destas sequências de DNA sofrem mutações, como conseqüência perdem sua função. Os pseudogenes , refletem sua história evolutiva, devido sua ancestralidade compartilhada com um gene funcional, sendo que grande parte dos pseudogenes encontrados no genoma, foram no passado cópias de genes funcionais, e que no decorrer da evolução foram danificadas(mutações).

Recentes estudos revelam que alguns pseudogenes não estão totalmente inativos. Pesquisadores observaram a transcrição de alguns pseudogenes, porém não verificou-se a produção de proteínas. Infere-se que a função dos pseudogenes estejam atribuídos em fenômenos como a expressão gênica, a regulação gênica e a geração de diversidade genética.

MicroRNA

microRNA são pequenos segmentos de RNA, contendo cerca de 22 nucleotídeos, podem estar localizados em regiões diferentes do genoma, microRNAs são gerados a partir de um longo transcrito primário , porém não codificam proteínas, uma característica observada é que estes miRNA podem arquitetar uma estrutura em forma de grampo. Os miRNA fazem parte de imensa famílias de genes, cuja sua função é de regulação pós-transcricional nos processos celulares.

Importância dos miRNA

No DNA humano, os miRNAs estão próximos a regiões instáveis e em regiões associadas ao câncer, o que no futuro poderá ser uma ferramenta no combate ao câncer. E a sua função a nível celular, esta na regulação do desenvolvimento e a multiplicação de células no organismo em estudo.

Desta forma, os microRNA controlam diferentes processos em tumorigênese, , tais como a inflamação, a regulação do ciclo celular, resposta ao stress, a diferenciação, a apoptose, e invasão. Nas células-tronco do tecido somáticas, microRNAs têm funções diferentes, incluindo regulação de várias etapas da hematopoiese, modulação da miogênese e cardiogênese, diferenciação osteogênica e da pele.

Telômeros

O telômero é uma importante estrutura nucleoprotéica presente nas extremidades de todos os cromossomos( humano). O DNA telomérico consiste de 100 a 1000 repetições em tandem de seqüência específica TTTAGGG. E observa-se que enzima DNA polimerase, responsável pela replicação do DNA eucariótico, é incapaz de copiar o trecho final do DNA telomérico de cada cromossomo, como conseqüência causa o seu encurtamento.

E esta região constitui uma proteção contra o ataque de endonucleases, recombinação e fusões entre cromossomos. Possuindo uma importante função de preservar o cromosssomo, repondo a perda de material genético após uma replicação. Esta reposição é feita por uma enzima chamada telomerase, que é uma ribonucleoproteína com atividade de transcriptase reversa, que é responsável pela replicação das seqüências teloméricas, impedindo assim o encurtamento e o envelhecimento do cromossomo a cada replicação.

Telomerase na detecção de tumores

A maioria das células humanas somáticas ( diferenciadas) apresenta normalmente pouca ou nenhuma atividade de telomerase. Isso significa que, embora essas células contenham o gene que codifica a enzima, ele está inativo(silenciado) ,não sendo capaz de produzi-la. Porém em células cancerígenas, células tronco embrionárias, esperma e o ovulo não fecundado, a enzima telomerase se encontra altamente ativada. A detecção de tumores, é verificada pelo alto nível da enzima telomerase presente nas células, e futuramente possibilitará a criação de agente anti-câncer baseados na sua inibição.

Referências

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Ligações externas

• «Animal Genome Size Database» 
• «Plant DNA C-values Database» 
• «Fungal Genome Size Database»