ADN não codificante
As sequências de ADN não codificante são componentes do ácido desoxirribonucleico de um organismo que não codificam sequências de proteínas. Parte do ADN não codificante é transcrito em moléculas de ARN não codificante funcionais. Outras funções do ADN não codificante incluem: regulação transcricional e translacional de sequências codificantes de proteínas, regiões de ligação em andaime, origens de replicação de ADN, centrômeros e telômeros.
A quantidade de ADN genômico total varia amplamente entre os organismos, e a proporção de ADN codificante e não codificante dentro desses genomas também varia muito. Por exemplo, foi originalmente sugerido que mais de 98% do genoma humano não codifica sequências de proteínas, incluindo a maioria das sequências dentro dos introns e a maioria do ADN região intergênica, enquanto 20% de um genoma procarioto típico é não codificante. Em eucariotas, o tamanho do genoma e, por extensão, a quantidade de ADN não codificante, não está correlacionado com a complexidade do organismo, uma observação conhecida como paradoxo do valor C. Por exemplo, relatou-se que o genoma do organismo unicelular Polychaos dubium (anteriormente conhecido como Amoeba dubia) contém mais de 200 vezes o tamanho do genoma humano. O genoma do baiacu Takifugu rubripes tem apenas um oitavo do tamanho do genoma humano, mas parece ter um número comparável de genes; aproximadamente 90% do genoma de Takifugu é ADN não codificante. Assim, a maior parte da diferença no tamanho do genoma não se deve à variação na quantidade de ADN codificante, mas sim a uma diferença na quantidade de ADN não codificante.
Elementos cis- e trans-regulatórios
Os elementos cis-regulatórios são sequências que controlam a transcrição de um gene próximo. Muitos desses elementos estão envolvidos na evolução e controle do desenvolvimento. Os elementos cis podem estar localizados em regiões não traduzidas 5' ou 3', ou dentro de introns. Os elementos trans-reguladores controlam a transcrição de um gene distante. Os promotores facilitam a transcrição de um gene específico e estão tipicamente a montante da região de codificação. O intensificador de sequências também pode exercer efeitos em níveis distantes de transcrição gênica.
Introns
Um intron é uma região não codificadora de um gene eucarioto que é transcrita em uma molécula de ARN, mas é removida por splicing do ARN durante a produção do mARN ou outro ARN funcional. Estudos de introns do grupo I de protozoários Tetrahymena indicam que alguns introns parecem ser elementos genéticos egoístas, neutros para o hospedeiro, porque se removem dos exons flanqueadores durante o processamento de ARN e não produzem um viés de expressão entre alelos com e sem o intron. Alguns introns parecem ter função biológica significativa, possivelmente por meio da funcionalidade da ribozima, que pode regular a atividade de ARNt e ARNr, bem como a expressão do gene codificador de proteína, evidente em hospedeiros que se toARNram dependentes de tais introns por longos períodos de tempo; por exemplo, o intron trnL é encontrado em todas as plantas verdes e parece ter sido herdado verticalmente por vários bilhões de anos, incluindo mais de um bilhão de anos nos cloroplastos e 2–3 bilhões de anos adicionais antes, nas cianobactérias ancestrais dos cloroplastos.
Pseudogenes
Os pseudogenes são sequências de ADN relacionadas a genes conhecidos por terem perdido a capacidade de codificar proteínas ou não mais expressos na célula. Os pseudogenes surgem da retrotransposição ou duplicação genômica de genes funcionais, se tornando "fósseis genômicos", que não funcionam devido a mutações que impedem a transcrição do gene ou alteram fatalmente a tradução do gene. Os pseudogenes resultantes da retrotransposição de um RNA intermediário são conhecidos como pseudogenes processados; pseudogenes decorrentes de resíduos genômicos de genes duplicados ou resíduos de genes inativados são pseudogenes não processados. Transposições de genes mitocondriais antes funcionais do citoplasma para o núcleo, também conhecidas como Numt, também se qualificam como um tipo comum de pseudogene.
Sequências de repetição, transposons e fonte de elementos virais
Transposons e retrotransposons são elementos genéticos móveis. Sequências repetidas de retrotransposons, que incluem elementos nucleares intercalados longos (LINEs) e elementos nucleares intercalados curtos (SINEs), são responsáveis por uma grande proporção das sequências genômicas em muitas espécies. As sequências Alu, classificadas como um elemento nuclear curto intercalado, são os elementos móveis mais abundantes no genoma humano. Alguns exemplos foram encontrados de SINEs exercendo controle transcricional de alguns genes que codificam proteínas. As sequências de retrovírus endógenos são o produto da transcrição reversa de genomas de retrovírus nos genomas de células germinativas. A mutação dentro dessas sequências retrotranscritas pode inativar o genoma viral.
Telômeros
Telômeros são regiões de ADN repetitivo no final de um cromossomo, que fornecem proteção contra a deterioração cromossômica durante a replicação do ADN. Estudos recentes têm mostrado que os telômeros funcionam para ajudar em sua própria estabilidade. ARN contendo repetição telomérica (TERRA) são transcritos derivados de telômeros. TERRA demonstrou manter a atividade da telomerase e alongar as extremidades dos cromossomos.
O termo "ADN lixo" tornou-se popular na década de 1960. De acordo com T. Ryan Gregory, a natureza do ADN "lixo" foi discutida explicitamente pela primeira vez em 1972 por um biólogo, David Comings, que aplicou o termo a todos os ADNs não codificantes. O termo foi formalizado no mesmo ano por Susumu Ohno, que observou que a carga mutacional de mutações deletérias colocaram um limite superior no número de loci funcionais que poderia ser esperado, dada uma taxa de mutação típica. Ohno levantou a hipótese de que os genomas dos mamíferos não poderiam ter mais de 30.000 loci sob seleção antes que o "custo" da carga mutacional causasse um declínio inevitável na aptidão e, eventualmente, a extinção. Esta previsão permanece robusta, com o genoma humano contendo aproximadamente 20.000 genes (codificadores de proteínas). Outra fonte para a teoria de Ohno foi a observação de que mesmo espécies estreitamente relacionadas podem ter tamanhos de genoma amplamente (ordens de magnitude) diferentes, o que foi apelidado de paradoxo do valor C em 1971.
Algumas sequências de ADN não codificante devem ter alguma função biológica importante. Isso é indicado por estudos comparativos de genômica que relatam regiões altamente conservadas de ADN não codificante, às vezes em escalas de tempo de centenas de milhões de anos. Isso implica que essas regiões não codificantes estão sob forte pressão evolutiva e seleção positiva. Por exemplo, nos genomas de humanos e camundongos, que divergiram de um ancestral comum 65-75 milhões de anos atrás, as sequências de ADN codificadoras de proteínas representam apenas cerca de 20% do DNA conservado, com os 80% restantes do ADN conservado representados em regiões de não-codificação. Algumas sequências específicas de ADN não codificante podem ser características essenciais para a estrutura do cromossomo, função do centrômero e reconhecimento de cromossomos homólogos durante a meiose.
Algumas sequências de ADN não codificante determinam os níveis de expressão de vários genes, tanto aqueles que são transcritos em proteínas quanto aqueles que estão envolvidos na regulação gênica.
Fatores de transcrição
Algumas sequências de ADN não codificante determinam onde os fatores de transcrição se ligam. Um fator de transcrição é uma proteína que se liga a sequências de ADN não codificante específicas, controlando assim o fluxo (ou transcrição) da informação genética do ADN para o ARN mensageiro.
Operadores
Um operador é um segmento de DNA ao qual se liga um repressor . Um repressor é uma proteína de ligação ao DNA que regula a expressão de um ou mais genes ligando-se ao operador e bloqueando a ligação da RNA polimerase ao promotor, evitando assim a transcrição dos genes. Esse bloqueio de expressão é chamado de repressão.
Enhancer
Um enhancer é uma região curta do DNA que pode se ligar a proteínas (fatores trans), bem como a um conjunto de fatores de transcrição, para melhorar os níveis de transcrição gênica em um grupo de genes.
Silenciadores
Um silenciador é uma região do DNA que inativa a expressão gênica quando se liga a uma proteína reguladora. Funciona de forma muito semelhante aos potenciadores, apenas difere na inativação do gene.
Promotores
Um promotor é uma região do DNA que facilita a transcrição de um determinado gene quando um fator de transcrição se liga a ele. Os promotores estão geralmente localizados próximo e a montante dos genes que regulam.
Isoladores
Um isolador genético é um elemento de fronteira que desempenha dois papéis distintos na expressão do gene, seja como um código de bloqueio de intensificador ou, raramente, como uma barreira contra a cromatina condensada. Um isolador em uma sequência de DNA é comparável a um separador de palavras linguístico, como uma vírgula em uma frase, porque o isolador indica onde termina uma sequência reforçada ou reprimida.
