Recombinação genetica

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Recombinação genetica

  1. 1. Recombinação genética Prof. Dra. Adriana Dantas UERGS – Bento Gonçalves
  2. 2. Introdução• Exatidão de replicação do DNA e do reparo dos danos para manutenção da informação genética garante sua transmissão dos progenitores a sua prole• Recombinação importante para a geração de diversidade genética, crucial para a evolução.• Diferenças genéticas entre os indivíduos provêem o material inicial essencial para seleção natural, a qual permite que as espécies evoluam e adaptem- se a mudanças nas condições ambientais.
  3. 3. Recombinação geral ourecombinação entre homólogos• Permite que genes sejam rearranjados em diferentes combinações.• Resulta na troca de genes entre cromossomos homólogos pareados durante a meiose.• Envolvida em rearranjos de seqüências especificas de DNA que alteram a expressão genica durante o desenvolvimento e diferenciaçao celular.
  4. 4. Recombinação geral • A quebra e a religação de duas duplas hélices de DNA homologas geram duas moléculas de DNA que sofreram entrecruzamento (crossed). • Na meiose, este processo permite que cada cromossomo contenha uma mistura de genes maternos e paternos.
  5. 5. Meiose IFase: Profase I (sub-fases)Leptóteno – inicia-se a individualização dos cromossomos estabelecendo acondensação (espiralização);Zigóteno – aproximação dos cromossomos homólogos;Paquíteno – máximo grau de condensação dos cromossomos, os braços curtos elongos ficam mais evidentes e definidos, dois desses braços, em respectivoshomólogos, se ligam formando estruturas denominadas bivalentes ou tétrades.Momento em que ocorre o crosing-over, isto é, troca de segmentos (permutação degenes) entre cromossomos homólogos;Diplóteno – começo da separação dos homólogos, configurado de regiões quiasmas(ponto de intercessão existente entre os braços entrecruzados, portadores decaracterísticas similares);Diacinese – com separação definitiva dos homólogos, já com segmentos trocados.                                                                       Leptóteno Zigóteno Paquíteno Diplóteno Diacinese               Prófase I
  6. 6. Recombinação na meiose(1) Duas moléculas de DNA homologas, geralmente oriundas de diferentes cromossomos, se entrecruzam (crossover), isto é, suas duplas hélices são clivadas, e as duas extremidades são unidas as fitas opostas correspondentes, formando duas hélices intactas, cada uma composta por partes das duas moléculas DNA iniciais.
  7. 7. Recombinação na meiose(2) O sitio da permuta (isto é, local em que a dupla hélice vermelha é ligada a dupla hélice cinza) pode ocorrer em qualquer lugar das seqüência nucleotídeos homologas das duas moléculas participantes
  8. 8. Recombinação na meiose(3) No local da permuta, a fita de DNA de uma molécula de DNA é pareada a fita da segunda molécula DNA, criando uma junção de heteroduplex (quiasmas) que une as duas hélices. Esta região de heteroduplex pode conter vários nucleotídeos.
  9. 9. Recombinação de meiose(4) Nenhuma seqüência de nucleotídeos é alterada no local da troca, normalmente ocorre alguma replicação de DNA, mas os eventos de clivagem e a religação acontecem de modo tão preciso que nenhum nucleotídeo é período ou adicionado.
  10. 10. Como essa junção heteroduplex é formada ecomo as duas regiões homologas reconhecemuma a outra no local do crossover? • Reconhecimento ocorre durante um processo chamado sinapse de DNA • Ocorre a formação de pares de bases entre as fitas complementares das duas moléculas de DNA
  11. 11. Sinapse de DNA• Essencial para recombinação geral na meiose,• É necessária apenas uma quebra em uma das duas fitas de uma hélice de DNA, para produzir uma fita exposta para a sinapse,• Ocorre a quebra de uma ligação fosfodiester permite que uma das extremidades separe-se de sua fita complementar, liberando-a para formar uma pequena heteroduplex com uma segunda hélice de DNA intacta – assim iniciando a sinapse.
  12. 12. Recombinação E.coli• A recombinação geral requer vários tipos de enzimas especializadas, alem de proteínas (DNA polimerase, ligase e proteínas SSB)• Em especial a proteína RecA de E. coli tem função central na recombinação entre cromossomo.• A proteína RecA catalisa a reação de sinapse de DNA de várias etapas entre uma dupla hélice e uma região de fita simples de DNA homologa.• Estudos em bactérias, levou ao desenvolvimento do modelo molecular de recombinação - Modelo de Holliday (1964).
  13. 13. Modelo de Holliday• A recombinação é iniciada pela introdução de cortes em posições idênticas nas duas moléculas de DNA parental.• As fitas de DNA clivadas sofrem desenrolamento parcial, e cada uma dessas junta a outra molécula por pareamento de bases complementares com fitas entrecruzadas.
  14. 14. Modelo de Holliday• Após a formação de junção de Holliday, a junção das fitas entrecruzadas gera moléculas recombinantes.• Pode gerar dois diferentes isômeros: – Heteroduplex recombinantes – Heteroduplex não recombinantes• Entretanto, esse modelo não explica como a recombinação é iniciada por cortes simultâneos em ambas as moléculas parentais, na mesma posição –
  15. 15. Estrutura molecular de um junçãode Holliday
  16. 16. Recombinação por quebra de dupla fita• Ambas as fitas de DNA sofrem ressecção por nucleases que digerem o DNA no sentido 5’ para 3’, produzindo extremidades de fita simples.• Estas fitas invadem outra molécula parental por pareamento homologo de bases.
  17. 17. Enzimas envolvidas na recombinaçãohomologa• A proteína central – RecA.• Promove a troca de fitas entre DNAs homólogos, levando a formação de heteroduplex.• A ação da RecA tem três estágios: – RecA se liga ao DNA de fita simples, recobrindo e formando um filamento de proteína com o DNA – RecA ligada ao DNA de fita simples se liga a uma segunda molécula de DNA de fita dupla, formando um complexo entre dois DNAs. – Segue-se um pareamento especifico, por complementariedade de bases, da fita simples de DNA com seu complemento, e forma um heteroduplex.
  18. 18. Proteinas de E. coli envolvidas• Após a formação de uma junção de Holliday, um complexo de três outras proteínas envolve-se com a recombinação: – RuvA, B e C• A RuvA reconhece a junção de recruta a Ruv B, que age como um motor que direciona a migração do sitio da junção no qual as fitas se entrecruzam, onde serão cortadas e reunidas,• A RuvC resolve a junção através da clivagem de fitas entrecruzadas,• A junção das fitas cortadas, através da ligação, completa o processo de duas moléculas recombinantes.
  19. 19. RuvA DNA-Binding Surface
  20. 20. RuvA RuvB DNA Complex
  21. 21. The interaction of RuvC withHolliday junction
  22. 22. Mecanismos moleculares darecombinação genética• Recombinação homóloga durante o reparo do DNA• Recombinação entre cromossomos bacterianos durante a troca de material genético
  23. 23. Recombinação geral• Também conhecida como recombinação homologa a permuta ocorre entre um par de seqüência de DNA homologas.• Estas seqüências estão localizadas em duas copias do mesmo cromossomo, apesar de outros tipos de moléculas de DNA.• Essencial para correta segregação cromossômica que ocorre durante a meiose de bacterias, fungos, plantas e animais
  24. 24. Troca genética entre procariotos• Não ocorre entre dois genomas inteiros (como ocorre nos eucariotos)• Ocorre entre um genoma completo, derivado de F- (fator de fertilidade nas fêmeas, são receptoras) – chamado de endogenoto• Genoma incompleto , derivado do doador, chamado exogenoto.• Forma um diplóide parcial ou merozigoto.
  25. 25. Crossing-over entre exogenoto e um merozigoto a+ exogenoto a+ a- (a) a- a+ a- endogenoto inviável merozigoto(a)Um único crossing leva a cromossomo a+ a+ linear parcialmente (b) diplóide a-(b) Um numero par de a- crossing leva a um anel mais um inviável fragmento linear viável
  26. 26. Crossing-over de merozigoto• Um único crossing seria muito útil para gerar recombinantes viáveis, pois o anel é quebrado para produzir um cromossomo estranho, linear, parcialmente diplóide.• Para haver um anel intacto é preciso um numero par de crossing
  27. 27. Recombinação sitio-especifica• Ocorre entre seqüências de DNA especificas, homologas somente em uma pequena região.• Bacteriófago λ recombina com E. coli• Interage com o cromossomo bacteriano, formando um pró- fago que é mantido como parte do genoma bacteriano (processo chamado lisogenia)• DNA de E.coli e bacteriófago sofrem recombinação em sitio chamado att (ligação: do inglês attachment).• Recombinação do sitio attP (do fago) x attB (bactéria), os quais tem aproximadamente 240 e 25 nucleotídeos de comprimento, respectivamente.
  28. 28. Processo de recombinação• O processo é mediado por uma proteína de λ chamada integrase (Int), a qual se liga aos sítios attP e attB, formando o complexo Int-attP se liga a attB.• Os fagos e as bactérias trocam as fitas de DNA em uma região central de 15 nucleotídeos compartilhada entre os dois sítios.• A proteína Int introduz cortes desalinhados na região central homologa entre attB e attP, catalisa a troca das fitas, e liga as fitas quebradas, integrando o DNA de λ no cromossomo de E. coli.

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