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biologia molecular

Marcadores moleculares de DNA microsatélite

11/06/2003

Marcadores moleculares de DNA microsatélite

Por Francisco Prosdocimi

O DNA microsatélite consiste de unidades de cerca de 1 a 6 nucleotídeos repetidas em tandem (em sequência) dentro do genoma de vários organismos, pricipalmente eucariotos.

Os microsatélites são utilizados como marcadores moleculares devido ao alto nível de polimorfismo encontrado em seus locos, o que proporciona sua utilização em diversos propósitos de estudo populacional, permitindo analisar desde indivíduos até espécies proximamente relacionadas. 

O deslizamento (slippage) da DNA polimerase durante a replicação do DNA é tida como a principal causa da variação no número de repetições nesses locos. Os diferentes números de repetições caracterizam os diferentes alelos, que podem ser detectados numa eletroforese em gel de poliacrilamida. 

Como o DNA microsatélite normalmente não carrega informação, as adições ou deleções de unidades repetitivas não são selecionadas, o que proporciona alta variabilidade de alelos.

Histórico

O DNA satélite foi descoberto em 1960. Cientistas descobriram que, quando centrifugavam o DNA sob certas condições, este apresentava-se em duas ou mais camadas: uma banda principal contendo genes; e bandas secundárias, que foram chamadas de bandas satélites. As bandas satélites mostraram-se como sendo constituídas de seqüências de DNA repetidas e muito longas.

Em 1985, Alec. J. Jeffreys da Universidade de Leicester encontrou regiões menores contendo seqüências de DNA repetitivo, as quais chamou de minisatélites, que consistiam de repetições de 15 ou mais pares de bases. Jeffreys e seus colegas também determinaram que o número de repetições de um dado minisatélite diferia entre indivíduos, um procedimento que levou a invenção posterior da técnica de DNA-fingerprinting.

No fim dos anos 80’s James L. Weber e Paula L. May, da Marshfield Medical Research Foundation, e Micahel Litt e Jeffrey A. Luty, da Oregon Health Sciences University isolaram satélites compostos de repetições de bases ainda menores e chamaram essas repetições de microsatélites.

Microsatélites como agentes de Evolução

Uma importante função dos microsatélites na evolução tem sido mostrada em bactérias patogênicas como Neisseria gonorrhoeae, Haemophilus influenzae, Helicobacter pylori, Mycoplasma spp. e Streptococcus spp. Em todos os organismos descritos, alterações no número de repetições de microsatélites provocam a produção de proteínas ligeiramente diferentes que, em certas condições ambientais, são mais úteis para o patógeno do que a proteína com o número de repetições normal, proporcionando uma melhor adaptação ao ambiente (van Belkun, 1999).

Por exemplo, N. gonorrhoeae possui uma família de 12 proteínas de sua membrana externa, responsáveis pela aderência e invasão de células epiteliais, que são produzidas por genes chamados de Opa. Esses genes contêm uma composição de microsatélites contendo múltiplas cópias da seqüência CTCTT. Uma mutação nessa seqüência – que estima-se que ocorra a cada 100 ou 1000 células filhas – pode levar à produção de uma proteína menor, que faz com que a bactéria não consiga se aderir e invadir células hospedeiras. Um subsequente deslizamento, entretanto, pode produzir novamente a proteínas funcional. Essa troca reversível – chamada variação de fase – é uma adaptação incrível dessa bactéria, pois algumas vezes é vantajoso para o micróbio aderir e penetrar nas células, como numa infecção de um novo hospedeiro. Entretanto, quando a infecção já ocorreu, é mais vantajoso para a bactéria não interagir com as células do hospedeiro, especialmente com células fagocitárias, que podem engolfar e destruir a bactéria (Moxon and Wills, 1999).

Em H. influenzae, bactéria responsável por alguns tipos de meningite e pneumonia, a mudança no número de repetições de microsatélites CAAT fazem com que um lipopolissacarídeo de sua membrana externa, que é importante na infecção das vias respiratórias e garganta, possua ou não uma parte de colina-fosfato. Foi demonstrado que estirpes de H. influenzae que contêm colina-fosfato, chamadas de ChoP+, colonizam as vias nasais e a garganta mais eficientemente do que aquelas que não contêm (ChoP-). Entretanto mostrou-se também que as bactérias ChoP- são mais resistentes ao ataque do sistema imune. A maioria dos micróbios encontrados são ChoP+, os ChoP-, produzidos pelo deslizamento da polimerase, não conseguem se manter no trato respiratório pois aderem-se menos eficientemente. Entretanto, quando as células hospedeiras contraem uma infecção viral, a inflamação pode aumentar a exposição da bactéria ao sistema imune e aí as formas ChoP- terão vantagem. Uma vez que a infecção terminar mutantes ChoP+ podem ser produzidos por um novo deslizamento, tornando-se rapidamente predominantes (Moxon and Wills, 1999).

Genes como esses, que podem ligar-se ou desligar-se, têm sido chamados de genes de contingência (contingency genes) devido à sua habilidade de permitir que pelo menos algumas bactérias de uma população se adaptem à nova condição ambiental. A variedade de formas de genes de contingência incluem aqueles que governam o reconhecimento imunológico, motilidade, quimiotaxia, ligação e invasão de células e sensibilidade a antibióticos. Genes de contingência são uma parte muito pequena do DNA bacteriano que podem proporcionar uma grande variabilidade funcional ao organismo. Se apenas 10 de 2000 genes numa bactéria típica foram de contingência, por exemplo, a bactérias poderá se adaptar a 210 – 1024 – diferentes combinações de genes ligados e desligados (Moxon and Wills, 1999). Essa diversidade permite que pelo menos algumas bactérias de uma população possam sobreviver à diversidade ambiental e replicar-se, mantendo a população.

Esses genes de contingência são aparentemente confinados a bactérias e a utilidade de microsatélites em eucariotos parece ser bem diferente. Várias doenças humanas severas e hereditárias – como a distrofia miotônica, a doença de Kennedy, a ataxia espinocerebelar (SCA) tipos 1, 2 e 3, a doença de Huntington e a atrofia dentatorubral-palidoluisiana – são causadas por alterações no número de repetições de tripletes (Heringa, 1998). Grande parte dessas doenças envolvem funções neurológicas e nenhuma delas foi ainda demonstradas em outros primatas, como o chimpanzé. Se essas doenças são únicas à humanidade elas podem representar um custo genético acarretado pela rápida evolução de nossos cérebros. É possível que longos microsatélites dentro ou perto de certos genes possam ter contribuído para a função cerebral e podem ter persistido ao longo do tempo evolutivo mesmo que ocasionalmente aumentem muito e causem doenças (Moxon and Wills, 1999).

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® Chico On Line. Prosdocimi, F. 2001-2. 

Referências Bibliográficas

Gagneux, P., Woodruff D. S., Boesch, C. Furtive Mating in female Chimpanzees. Nature. 1997. Vol. 387. May 22. pag. 358-359.

Moxon, E. R., Wills, C. DNA microsatellites: Agents of Evolution? Scientific American. Jan 1999. Pag 72-77.

Van Belkun, A. The role of short sequence repeats in epidemiologic typing. Current Opinion in Microbiology. 1999. Vol. 2:306-311.

Heringa, J. Detection of internal repeats: how common are they? Current Opinion in Structural Biology. 1998. Vol. 8:338-345.

 

Créditos à: Francisco Prosdocimi

www.icb.ufmg.br


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