Recombinação genética

1. Recombinação genética

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. Recombinação geral ou recombinação
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. 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.
A quebra bifilamentar inicia o processo de crossing-over

5.
Diacinese
Zigóteno
Diplóteno
Prófase I
Paquíteno
Leptóteno
Meiose I
Fase: Profase I (sub-fases)
Leptóteno – inicia-se a individualização dos cromossomos estabelecendo a condensação
(espiralização);
Zigóteno – aproximação dos cromossomos homólogos;
Paquíteno – máximo grau de condensação dos cromossomos, os braços curtos e longos ficam mais
evidentes e definidos, dois desses braços, em respectivos homólogos, se ligam formando estruturas
denominadas bivalentes ou tétrades. Momento em que ocorre o crosing-over, isto é, troca de
segmentos (permutação de genes) entre cromossomos homólogos;
Diplóteno – começo da separação dos homólogos, configurado de regiões quiasmas (ponto de
intercessão existente entre os braços entrecruzados, portadores de características similares);
Diacinese – com separação definitiva dos homólogos, já com segmentos trocados.

6. Recombinação na meiose
(1) Duas moléculas de DNA homologas, geralmente
oriundas de diferentes cromossomos, se
entrecruzam (crossing-over), 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. 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. 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. 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.

11. Como essa junção heteroduplex é formada e como as
duas regiões homologas reconhecem uma 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

12. 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.

13. 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).

14. 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.

16. 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
–

19. Estrutura molecular de um junção de
Holliday

21. 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.

23. Enzimas envolvidas na recombinação
homologa
• 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.

25. 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.

28. RuvA DNA-Binding Surface

29. RuvA RuvB DNA Complex

30. The interaction of RuvC with Holliday
junction

31. Mecanismos moleculares da recombinação
genética
• Recombinação homóloga durante o reparo do
DNA
• Recombinação entre cromossomos
bacterianos durante a troca de material
genético

32. 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

33. 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.

34. Crossing-over entre exogenoto e um
merozigoto
a+
a-
exogenot o
endogenoto
m erozigot om erozigot o
a+
a-
exogenot o
endogenoto
a+
a-
exogenot o
endogenoto
m erozigot om erozigot o
a+
a- a+
a-
inviável
a+
a-
a+
a-a- a+
a-
inviável
a+
a-
a+
a-
inviável
viável
a+
a-
a+
a-
a+a+
a-a-a-
inviável
viável
(a)
(b)
(a)Um único crossing
leva a cromossomo
linear parcialmente
diplóide
(b) Um numero par de
crossing leva a um
anel mais um
fragmento linear
a+
a-
exogenot o
endogenoto
m erozigot om erozigot o
a+
a-
exogenot o
endogenoto
a+
a-
exogenot o
endogenoto
m erozigot om erozigot o
a+
a- a+
a-
inviável
a+
a-
a+
a-a- a+
a-
inviável
a+
a-
a+
a-
inviável
viável
a+
a-
a+
a-
a+a+
a-a-a-
inviável
viável
(a)
(b)
(a)Um único crossing
leva a cromossomo
linear parcialmente
diplóide
(b) Um numero par de
crossing leva a um
anel mais um
fragmento linear

35. 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

36. 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.

39. 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.