DNA ribossomal - Ribosomal DNA

O segmento gênico do rDNA eucariótico contém os tratos 18S, 5.8S e 28S e forma um agrupamento repetitivo em tandem; o 5S rDNA é codificado separadamente. NTS , espaçador não transcrito , ETS , espaçador transcrito externo, ITS , espaçadores transcritos internos 1 e 2, numerados a partir da extremidade 5 '.
Nucléolo com componentes pré-rRNA chamados íntrons e exons.

O DNA ribossômico ( rDNA ) é uma sequência de DNA que codifica o RNA ribossômico . Estas sequências regulam a iniciação e amplificação da transcrição e contêm segmentos espaçadores transcritos e não transcritos . O rRNA transcrito de aproximadamente 600 r repetições de DNA forma a seção mais abundante de RNA encontrada em células de eucariotos . Ribossomos são conjuntos de proteínas e moléculas de rRNA que traduzem moléculas de mRNA para produzir proteínas. Conforme mostrado na figura, o rDNA de eucariotos consiste em uma repetição em tandem de um segmento de unidade, composto de tratos NTS, ETS, 18S , ITS1 , 5.8S , ITS2 e 28S . O rDNA possui outro gene, que codifica para o rRNA 5S , localizado no genoma da maioria dos eucariotos. 5S rDNA também está presente em repetições em tandem como em Drosophila . As regiões do DNA que são repetitivas frequentemente sofrem eventos de recombinação. As repetições do rDNA têm muitos mecanismos regulatórios que impedem o DNA de sofrer mutações, mantendo assim o rDNA conservado.

No núcleo, a região do rDNA do cromossomo é visualizada como um nucléolo que forma alças cromossômicas expandidas com o rDNA. As unidades de transcrição de rRNA são agrupadas em repetições em tandem. Essas regiões de rDNA também são chamadas de regiões organizadoras do nucléolo , pois dão origem ao nucléolo. No rDNA, as repetições em tandem são encontradas principalmente no nucléolo; mas o rDNA heterocromático é encontrado fora do nucléolo. No entanto, o rDNA transcricionalmente ativo reside dentro do próprio nucléolo.

No genoma humano existem 5 cromossomos com regiões organizadoras do nucléolo: os cromossomos acrocêntricos 13 ( RNR1 ), 14 ( RNR2 ), 15 ( RNR3 ), 21 ( RNR4 ) e 22 ( RNR5 ). Os genes responsáveis ​​pela codificação das várias subunidades de rRNA estão localizados em vários cromossomos em humanos. Mas os genes que codificam para o rRNA são altamente conservados em todos os domínios, com apenas os números de cópias envolvidos para os genes tendo números variáveis ​​por espécie. Em Bactérias , Archaea e cloroplastos, o rRNA é composto de unidades diferentes (menores), o RNA ribossômico grande (23S) , o RNA ribossômico 16S e o rRNA 5S. O 16S rRNA é amplamente utilizado para estudos filogenéticos .

Homogeneidade de sequência

Na grande matriz de rDNA, os polimorfismos entre as unidades de repetição de rDNA são muito baixos, indicando que as matrizes em tandem de rDNA estão evoluindo por meio de uma evolução concertada . No entanto, o mecanismo de evolução coordenada é imperfeito, de modo que polimorfismos entre repetições dentro de um indivíduo podem ocorrer em níveis significativos e podem confundir as análises filogenéticas para organismos intimamente relacionados.

As sequências de repetição em tandem 5S em várias Drosophila foram comparadas entre si; o resultado revelou que inserções e deleções ocorreram freqüentemente entre espécies e freqüentemente flanqueadas por sequências conservadas. Eles podem ocorrer por deslizamento da fita recém-sintetizada durante a replicação do DNA ou por conversão gênica.

Divergência de sequência

Os tratos de transcrição do rDNA apresentam baixa taxa de polimorfismo entre as espécies, o que permite comparação interespecífica para elucidar a relação filogenética utilizando apenas alguns espécimes. As regiões de codificação do rDNA são altamente conservadas entre as espécies, mas as regiões ITS são variáveis ​​devido a inserções, deleções e mutações pontuais. A comparação entre espécies remotas como humanos e rãs de sequências em setores ITS não é apropriada. Sequências conservadas em regiões codificantes de rDNA permitem comparações de espécies remotas, mesmo entre leveduras e humanos. O rRNA 5.8S humano tem 75% de identidade com o rRNA 5.8S de levedura. Em casos de espécies irmãs, a comparação do segmento de rDNA incluindo os tratos ITS entre as espécies e a análise filogenética são feitas de forma satisfatória. As diferentes regiões codificantes das repetições do rDNA geralmente mostram taxas evolutivas distintas. Como resultado, esse DNA pode fornecer informações filogenéticas de espécies pertencentes a amplos níveis sistemáticos.

Atividade estimuladora de recombinação

Um fragmento de rDNA de levedura contendo o gene 5S, DNA espaçador não transcrito e parte do gene 35S tem atividade estimuladora de recombinação mitótica cis-atuante localizada . Este fragmento de DNA contém um hotspot de recombinação mitótica , conhecido como HOT1. HOT1 expressa atividade estimuladora de recombinação quando é inserido em novos locais no genoma da levedura . HOT1 inclui um promotor de transcrição de RNA polimerase I (PolI) que catalisa a transcrição do gene do rRNA ribossômico 35S . Em um mutante com defeito de PolI, a atividade estimuladora de recombinação de hotspot HOT1 é abolida. O nível de transcrição de PolI em HOT1 parece determinar o nível de recombinação .

Significado clínico

As doenças podem ser associadas a mutações de DNA em que o DNA pode ser expandido, como a doença de Huntington , ou perdido devido a mutações de deleção. O mesmo é verdadeiro para mutações que ocorrem em repetições de rDNA; verificou-se que se os genes associados à síntese de ribossomos forem interrompidos ou mutados, isso pode resultar em várias doenças associadas ao esqueleto ou à medula óssea. Além disso, qualquer dano ou interrupção das enzimas que protegem as repetições em tandem do rDNA pode resultar em menor síntese de ribossomos, o que também leva a outros defeitos na célula. As doenças neurológicas também podem surgir de mutações nas repetições em tandem de rDNA, como a síndrome de Bloom , que ocorre quando o número de repetições em tandem aumenta quase cem vezes; em comparação com o número normal de repetições tandem. Vários tipos de câncer também podem nascer de mutações das repetições em tandem no DNA ribossomal. As linhas celulares podem se tornar malignas por um rearranjo das repetições em tandem ou por uma expansão das repetições no rDNA.

Referências