Repetitive DNA sequences in rodentia genomes: its involvement in chromosome architecture reshuffling and in genome functionality - Teixeira, Ana Isabel do Paço (2014)
Uma das evidências mais claras revelada pelos projetos de sequenciação de genomas eucariotas, foi o seu elevado nível em sequências repetitivas de DNA, sendo a extraordinária variação no tamanho do genoma encontrada entre taxa atribuída à amplificação e eliminação diferencial destas famílias de sequências. No entanto, apesar da sua abundância, a(s) função(ões) que as sequências repetitivas desempenham nos genomas sempre esteve envolta em grande mistério, pois ao contrário dos genes, nunca foi atribuída a estas sequências a capacidade de codificar proteínas (pelo menos proteínas que não estejam envolvidas na sua própria replicação e integração no genoma, como é o caso dos Elementos Transponíveis). Por esta razão, estas sequências foram inicialmente designadas como “DNA lixo”, às quais nenhuma função era atribuída. Atualmente, as sequências repetitivas ganharam a merecida atenção e são agora consideradas como uma fração essencial dos genomas eucariotas, sendo reconhecidas como elementos reguladores importantes e também sendo implicadas na ocorrência de rearranjos cromossómicos, tendo assim uma função importante na evolução de genomas. Este foi precisamente o objetivo principal deste trabalho, contribuir para a compreensão da importância que as sequências repetitivas têm na evolução de genomas eucariotas. Com este propósito, aqui foi analisada a fração repetitiva de cinco espécies de roedores Cricetidae/Muridae, que apresentam cariótipos muito distintos, sendo nomeadamente estudadas sequências em tandem e dispersas: sequências DNA satélite (SatDNAs), Sequências Teloméricas Intersticiais (ITS) e Retrotransposões LINE-1. Uma análise detalhada sobre a distribuição e a natureza molecular da Heterocromatina Constitutiva (HC) foi também realizada para estes genomas de roedores. A integração de todos os dados obtidos permitiu entender como os cinco genomas estudados evoluíram, bem como reconstruir os rearranjos cromossómicas ocorridos, nos quais as sequências repetitivas estão inquestionavelmente implicadas. De facto, todos os resultados obtidos aqui convergem para esta mesma conclusão. Nomeadamente, foi observada uma forte associação entre a distribuição e heterogeneidade da HC com o percurso evolutivo seguido por estes cariótipos. Uma análise detalhada feita neste trabalho, para duas das espécies estudadas, incidindo sobre a localização de regiões de “breakpoint” evolutivo e HC, revelou uma elevada coincidência entre estas regiões. Outros trabalhos, também focados na evolução cromossómica das restantes três espécies em análise aqui, relataram uma relação semelhante entre regiões de “breakpoint” e HC. Portanto, as sequências repetitivas localizadas na heterocromatina parecem estar intimamente envolvidas na ocorrência de rearranjos, quer promovendo diretamente reorganizações cromossómicas e/ou porque correspondem a regiões frágeis propensas à quebra. A análise de sequências repetitivas localizadas em regiões HC, especificamente satDNAs (sequências exclusivamente heterocromáticas), ITS (sequências localizadas principalmente nas regiões de HC) e LINE-1 (sequências frequentemente localizadas na HC), sugere realmente as sequências repetitivas como uma força motriz para a ocorrência de rearranjos cromossómicos. A natureza repetitiva das diferentes classes de sequências repetidas estudadas, por si só, favorece eventos de recombinação entre sequências homólogas em regiões não-homólogas, que podem culminar em rearranjos cromossómicos. No entanto, o papel na origem de reorganizações cromossómicas é particularmente sugerido para satDNAs, devido ao seu modo de evolução (evolução concertada), geralmente caracterizado por rápidas alterações na sua sequência de nucleótidos, variações no número de cópias e/ou movimentos intragenómicos, que resultam da ocorrência de diferentes eventos de recombinação (como “unequal crossing-over” ou “rolling circle replication/reinsertion”), podendo induzir quebras cromossómicas. Adicionalmente, para além de sua importante função na reestruturação dos genomas, os resultados obtidos neste trabalho atribuem também outras funções às sequências repetitivas. Uma análise mais relacionada com a atividade transcricional de alguns satDNAs estudados, suporta o papel destas sequências em muitas outras funções, como no controlo da expressão génica, na remodelação da cromatina, na resposta celular ao stress e na função centromérica. As sequências LINE-1 têm também importantes funções no controlo da expressão génica, estando envolvidas no “imprinting” de genes e na inativação do cromossoma X. Assim, apesar de inicialmente consideradas sequências inertes, à luz de todos estes dados, é impossível negar que sequências repetitivas são cruciais para o bom funcionamento e evolução dos genomas eucariotas, destronando aos nossos olhos a importância dada no passado apenas a sequências codificantes. É agora realmente difícil de entender como estas sequências, tão abundantes nos genomas eucariotas, podem ter sido consideradas desnecessárias, só porque não lhes foi atribuída uma capacidade em codificar proteínas. Afinal, as sequências que codificam proteínas representam apenas uma pequena parte dos genomas (~ 1,5 % do genoma humano). A presente tese resultou na elaboração de sete artigos que estão publicados, submetidos ou em preparação para submissão em revistas científicas internacionais indexadas.