Organização e Conteúdo do Genoma

Os genomas são muito mais do que sequências de genes: a sequência codificadora de proteínas é frequentemente uma pequena fração do todo, intercalada entre elementos repetitivos, regiões reguladoras e vastas extensões não codificadoras cujos papéis ainda estão sendo mapeados.

Definition

Organização e conteúdo do genoma é a descrição dos tipos de sequência que um genoma contém e como estão arranjados, incluindo genes codificadores, elementos repetitivos, regiões reguladoras e a grande proporção de DNA não codificador.

Scope

Este tópico abrange o conteúdo e a densidade gênica dos genomas, a estrutura dos genes eucarióticos com éxons e íntrons, a abundância e os tipos de DNA repetitivo, incluindo elementos transponíveis e repetições em tandem, DNA não codificador e regulador, a organização dos cromossomos em eucromatina e heterocromatina, e a ampla variação no tamanho do genoma entre os organismos. Ele trata do que os genomas contêm e como está organizado; como esse conteúdo é sequenciado e como funciona são abordados nos tópicos adjacentes.

Core questions

• Que fração de um genoma tipicamente codifica proteínas e como a densidade gênica varia?
• Quais são as principais classes de DNA repetitivo e como os elementos transponíveis moldam os genomas?
• Por que os tamanhos dos genomas variam tão amplamente sem acompanhar a complexidade do organismo?
• Como a cromatina é organizada em regiões transcricionalmente ativas e silenciosas?

Key concepts

• Conteúdo gênico, densidade gênica e estrutura éxon-íntron
• DNA repetitivo e elementos transponíveis
• DNA não codificador e regulador
• Eucromatina e heterocromatina
• Tamanho do genoma e o paradoxo do valor C

Mechanisms

Os genomas eucarióticos acumulam sequências repetitivas em grande parte pela atividade de cópia de elementos transponíveis, enquanto as regiões pobres em genes se condensam em heterocromatina; a arquitetura resultante, com éxons codificadores de proteínas inseridos em íntrons e cercados por DNA regulador e repetitivo, reflete o equilíbrio entre mutação, seleção e a autopropagação de elementos móveis.

Clinical relevance

Conhecer a organização do genoma é essencial para interpretar variantes: muitas alterações associadas a doenças ocorrem em regiões reguladoras não codificadoras, expansões de repetições em tandem causam distúrbios como a doença de Huntington, e inserções de elementos transponíveis podem interromper genes.

History

A descoberta de McClintock de elementos transponíveis no milho revelou que os genomas são dinâmicos, o paradoxo do valor C da década de 1970 mostrou que o tamanho do genoma não acompanha a complexidade, e o sequenciamento do genoma humano e de outros genomas a partir de 2001 quantificou o quanto dos grandes genomas é repetitivo e não codificador.

Key figures

• Barbara McClintock
• Susumu Ohno
• Eric Lander

Seminal works

• lander2001
• brown2018

Frequently asked questions

Por que o tamanho de um genoma não prevê a complexidade de um organismo?

Grande parte de um genoma grande consiste em DNA repetitivo e não codificador, em vez de genes, então o tamanho total reflete mais o acúmulo de tal sequência do que o número de genes; essa incompatibilidade é conhecida como o paradoxo do valor C.

O que são elementos transponíveis?

São sequências de DNA que podem se mover ou se copiar para novas localizações no genoma; ao longo do tempo evolutivo, sua proliferação responde por uma grande parte de muitos genomas e pode tanto interromper quanto remodelar genes.