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5.11:

Variegação de Efeito de Posição

JoVE Core
Biologia Molecular
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Position-effect Variegation

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Em uma célula eucariótica, o DNA se associa com várias proteínas para formar uma estrutura embalada, altamente condensada chamada cromatina. A cromatina é dividida em dois tipos dependendo do nível de compactação. A heterocromatina, concentrada nos centrómeros e telómeros, é altamente condensada, pobre em genes, e raramente transcrita em RNA.Em contraste, a eucromatina, que constitui a maioria do material cromossômico, é menos condensada, rica em genes e transcrita ativamente. Heterocromatina e eucromatina são separadas por sequências de DNA de barreira. Estas sequências impedem a propagação de heterocromatina e mantêm padrões estáveis de expressão gênica.Durante eventos de rearranjo do DNA, tais como transposição, um pedaço de eucromatina pode ser transladado, perto de uma região heterocromatina sem qualquer sequência de barreira de DNA adjacente. Em tais eventos, os genes que são tipicamente ativos são silenciados ou inativados. Este fenômeno é conhecido como o efeito da posição.Por exemplo, na Drosophila, a cor do olho vermelho é codificado pelo gene branco. Ocasionalmente, branco é movido perto de uma região heterocromatina sem nenhuma sequência de barreira de DNA no meio. Quando as moscas herdam este genótipo durante o seu estágio embrionário precoce quando a heterocromatina é formada pela primeira vez, a ausência de DNA de barreira permite que a heterocromatina se espalhe para dentro da cromatina vizinha.No entanto, a propagação ocorre em diferentes extensões em diferentes células embrionárias. Esta variação na dispersão da heterocromatina produz células que apresentam dois fenótipos distintos, um que expressa ativamente o gene branco, e outros que não o fazem. Uma vez estabelecido, toda a progênie dessa célula herdam este estado.Isso resulta nos olhos mosqueados ou em mosaico nas moscas adultas. Esta variação do fenótipo, causada pelo silenciamento do gene, é mediada por uma mudança na posição do gene branco dentro do cromossomo, e é chamada de variação posição-efeito. Estabelecido primeiramente nas Drosophila, este fenômeno foi observado agora em muitos eucariontes, incluindo leveduras, plantas, e seres humanos.

5.11:

Variegação de Efeito de Posição

Em 1928, um botânico Alemão Emil Heitz observou os núcleos de musgos com um corante de DNA. Ele observou que, enquanto que algumas regiões de cromatina decondensam e espalham-se pelo núcleo interfásico, outras não. Ele denominou-as eucromatina e heterocromatina, respectivamente. Ele propôs que as regiões de heterocromatina refletem um estado funcionalmente inativo do genoma. Posteriormente, confirmou-se que a heterocromatina é transcricionalmente reprimida, e a eucromatina é a cromatina transcricionalmente ativa.

Diferença entre eucromatina e heterocromatina

A eucromatina é uma região de cromatina ligeiramente corada, rica em genes, e ligada de forma mais solta. Normalmente está dispersa pelo núcleo. As histonas da eucromatina estão extensivamente acetiladas, o que permite a compactação de cromatina mais solta.

Em contraste, a heterocromatina é um cromatina com coloração escura, rica em repetições, pobre em genes, e compacta. É vista principalmente na periferia nuclear, muitas vezes como aglomerados. As histonas da heterocromatina estão metiladas, o que permite uma estrutura compacta de cromatina.

Efeito de posição variegado

Os rearranjos cromossómicos podem posicionar genes da eucromatina próximos da heterocromatina. Tais rearranjos de genes podem resultar em silenciamento de genes em virtude de serem colocados perto de heterocromatina, em vez de uma alteração no próprio gene. Este fenómeno chama-se "efeito de posição variegado (PEV)." Assim, o gene justaposto torna-se silenciado em algumas células onde está normalmente ativo, resultando em um fenótipo variegado. O fenómeno do PEV é bem estudado em Drosophila.

A formação de heterocromatina depende da metilação da histona H3, seguida da associação com proteínas não histonas, como a Proteína Heterocromatina 1 ou HP1. Normalmente, heterocromatina e eucromatina estão separadas por uma zona tampão com muitas regiões ricas em repetições. O PEV indica que a heterocromatina, uma vez formada, pode espalhar-se para além da zona tampão para a cromatina adjacente. Em humanos, o complexo HUSH metila histonas e contribui para a propagação de heterocromatina e, portanto, o efeito de posição variegado.

Leitura Sugerida

  1. Straub, Tobias. "Heterochromatin dynamics." PLoS Biol 1, no. 1 (2003): e14.
  2. Molecular Cell Biology, Lodish, 8th edition, Pages 333-341.
  3. Tchasovnikarova, Iva A., Richard T. Timms, Nicholas J. Matheson, Kim Wals, Robin Antrobus, Berthold Göttgens, Gordon Dougan, Mark A. Dawson, and Paul J. Lehner. "Epigenetic silencing by the HUSH complex mediates position-effect variegation in human cells." Science 348, no. 6242 (2015): 1481-1485.