Processamento do genoma somático

O processamento do genoma somático é o processo que resulta em uma variação do genoma somático diferente do genoma da linha germinal.^[1] O genoma da maioria das células de eucariontes permanece praticamente constante ao longo da vida. No entanto, há casos em que o genoma é alterado em células específicas ou em diferentes estágios do ciclo de vida durante o desenvolvimento. Por exemplo, nem todas as células humanas possuem o mesmo conteúdo genético, como as hemácias, que não têm núcleo. Um dos grupos mais conhecidos em relação a alterações no genoma somático são os ciliados.

O resultado desse processo é a remoção completa de um genoma de uma célula. O exemplo mais conhecido é o processo de enucleação [en] das hemácias. Uma célula-tronco processada passa por mudanças que a levam a perder o núcleo. Na fase inicial, um proeritroblasto sofre várias divisões mitóticas, nas quais são criados normoblastos com núcleo menor, que é deslocado para o lado da célula. O núcleo fica isolado do citoplasma e, em seguida, o normoblasto é dividido em um reticulócito com a maior parte do citoplasma e um pirenócito com o núcleo condensado. O pirenócito, contendo todo o material genético da célula, é então degradado por um macrófago. A hemácia madura sem núcleo pode transportar oxigênio de forma adequada.^[1]

A diminuição de cromatina é um processo de eliminação parcial do material genético da cromatina do genoma de células somáticas prospectivas. Esse processo ocorre durante o estágio inicial de desenvolvimento em três grupos: nematódeos, copépodes e mixinas.^[2] Um dos primeiros estudos sobre processamento do genoma somático foi observado por Boveri na eliminação em larga escala de cromatina no nematódeo parasita Parascaris univalens [en].^[3] Durante a diminuição de cromatina, os cromossomos somáticos se fragmentam, com novos telômeros adicionados em vários locais, e ficam desprovidos de heterocromatina, diferindo assim das células da linha germinativa em estrutura e conteúdo genético. As células da linha germinativa de P. univalens contêm apenas dois cromossomos, mas na embriogênese inicial, as regiões eucromáticas centrais dos cromossomos se fragmentam em um conjunto somático diploide de 2×29 autossomos e 2×6 cromossomos X em fêmeas ou 2×29 autossomos e 6 cromossomos X em machos, que se segregam para os dois núcleos filhos. Toda a heterocromatina é degradada no citoplasma. Como resultado da diminuição de cromatina, P. univalens perde cerca de 80–90% do DNA total da linha germinativa nuclear.^[4][5][6]

A diminuição de cromatina também ocorre em eucariontes unicelulares, como os ciliados. Os ciliados possuem dois núcleos: o micronúcleo (núcleo da célula da linha germinal), que não expressa genes, e o macronúcleo, onde a maioria dos genes é expressa e está sujeito à eliminação de cromatina. Durante esse processo, os cromossomos são fragmentados, a cromatina é eliminada e novas moléculas de DNA com telômeros adicionados são criadas. O macronúcleo final tem maior conteúdo genético que o micronúcleo. Nos ciliados, há dois tipos de diminuição: o primeiro é a fragmentação do genoma e a perda de sequências repetitivas; o segundo é a deleção de sequências eliminadas internamente nos cromossomos e a religação dos fragmentos de DNA restantes.^[6]

O desembaralhamento de genes é um tipo de processamento genômico em escala genômica encontrado particularmente em ciliados. Os genes da linha germinal no micronúcleo dos ciliados são compostos por fragmentos de DNA codificadores de proteínas (sigla em inglês: MDSs) interrompidos por muitas sequências de DNA não codificante, também chamadas de sequências eliminadas internamente (sigla em inglês: IESs).

Na classe Spirotrichea [en], à qual pertence Oxytricha, os fragmentos de DNA codificadores de proteínas no micronúcleo estão localizados em ordem permutada. Durante o desenvolvimento sexual, o conteúdo genético do macronúcleo somático é derivado do micronúcleo. Primeiro, algumas partes, incluindo as IESs, do DNA micronuclear são removidas para formar um genoma transcricionalmente ativo no macronúcleo. Além disso, os MDSs codificados pelo micronúcleo, que não são sequenciais, devem passar por desembaralhamento de genes para serem ligados na ordem correta e formar genes funcionais.^[7][8]

Os rearranjos locais afetam apenas locais específicos. Tais rearranjos, por exemplo, ajudam a criar genes que produzem uma grande variação de imunoglobulinas em vertebrados. Durante a vida, os organismos entram em contato com um grande número de antígenos. Isso significa que o sistema imunológico precisa sintetizar uma ampla gama de anticorpos. Cada anticorpo é um tetrâmero composto por quatro polipeptídeos conectados por pontes dissulfeto. Eles formam duas cadeias pesadas longas e duas cadeias leves curtas. No entanto, o genoma dos vertebrados não codifica genes inteiros de anticorpos pesados e leves, apenas segmentos de genes. Os segmentos da cadeia pesada estão localizados no cromossomo 14, incluindo 11 segmentos de genes constantes (C_H), precedidos por 123-129 segmentos variáveis (V_H), 27 segmentos de diversidade (D_H) e 9 segmentos de junção (J_H), codificando diferentes versões dos componentes V, D, J. Os locais das cadeias leves no cromossomo 2 (lócus κ) e no cromossomo 22 (lócus λ) têm estrutura semelhante, mas não contêm segmentos D. No estágio inicial do desenvolvimento do linfócito B, os locais dos anticorpos são rearranjados. Durante o rearranjo, o segmento V_H no lócus da cadeia pesada é conectado a um segmento D_H, depois o grupo V-D é combinado com o segmento J_H. Eventualmente, o éxon com fase de leitura aberta codifica os segmentos V_H, D_H, J_H do anticorpo. Por meio de splicing de RNA durante a transcrição, esse éxon se conecta ao éxon do segmento C_H. O mRNA complementar da cadeia pesada pode ser traduzido em um anticorpo específico apenas para um linfócito.^[9]