Elementos transponíveis e o envelhecimento: excisão e inserção de mariner em Drosophila simulans

Abstract

Elementos transponíveis (TEs) são sequências de DNA capazes de mudar de posição no genoma ou entre genomas. Ao mobilizarem-se, são responsáveis por gerar diversos impactos às células. Dentre eles, os TEs podem gerar instabilidade genômica, induzindo quebras cromossômicas, interrompendo genes, bem como estarem relacionados a doenças e ao envelhecimento. Vários estudos sugerem maior mobilidade de TEs ao longo do envelhecimento dos indivíduos, muito devido ao menor silenciamento dos TEs e alteração do estado da cromatina, podendo interferir e acelerar o envelhecimento e o aparecimento de doenças relacionadas a idade. Analisou-se se drosófilas senescentes apresentam uma maior taxa de transposição - excisão e inserção – do elemento mariner em relação às mais jovens a 20 e 28oC. Além disso, verificou-se se os elementos mariner excisados inserem-se em novos sítios de inserção. Ademais, desenvolveu-se uma metodologia de análise nova, utilizando bioinformática, para verificar as inserções. Por fim, utilizou-se Dolutegravir (DTG), uma droga capaz de silenciar mariner, para tratar as moscas durante o envelhecimento buscando aumentar a expectativa de vida. Utilizou-se como organismo modelo Drosophila simulans Wpch teste, que possui duas cópias de mariner, sendo a cópia peach não-autonônoma inserida no gene white, responsável pela mutação. Essa mutação altera a coloração dos olhos das moscas para pêssego e a reversão da mutação produz fenótipo mosaico. Além disso, a cópia peach é capaz de mobilizar-se por transposases da cópia autônoma mos1, que é ativada por temperaturas mais altas. A taxa de excisão foi medida utilizando-se mosaicismo do gene white através de RT- qPCR, comparando moscas jovens e senescentes. Para inserção, utilizou-se sequenciamento de fragmentos upstream e downstream ao TE afim de localizar o elemento em moscas jovens e senescentes. Para tal, foi realizada extração de DNA, clivagem, ligação de adaptadores e PCR em moscas jovens e senescentes nas duas temperaturas. Encontrou-se uma maior taxa de excisão de mariner proporcionalmente ao aumento de idade e temperatura, indicando a ocorrência de um acúmulo de transposição somática. Para inserção, sugere-se uma mudança de posições dos elementos tanto em jovens a 20 e 28oC, como em moscas senescentes quando comparadas as jovens nas duas temperaturas. Entretanto, não foi possível determinar as relações envelhecimento-inserção somática e temperatura-inserção somática devido a uma taxa de inserção somática muitas vezes maior do que o hipotetizado, implicando em uma cobertura de sequenciamento insuficiente. Por fim, o tratamento com DTG, capaz de diminuir a mobilização somática de mariner, não foi suficiente para prolongar a expectativa de vida das drosófilas.

Transposable elements (TEs) are DNA sequences capable of changing positions in the genome or between genomes. When mobilizing, they are responsible for generating several impacts to the cells. Among them, TEs can generate genomic instability, inducing chromosomal breaks, interrupting genes, as well as being related to diseases and aging. Several studies suggest greater mobility of TEs over the aging of individuals, much due to lower silencing of TEs and altered chromatin status, which can interfere and accelerate aging and the appearance of age-related diseases. It was analyzed whether old flies have a higher rate of transposition - excision and insertion - of mariner element in relation to the younger ones at 20 and 28oC. In addition, it was checked whether the excised mariner elements are inserted in new insertion sites. Also, a new methodological analysis was developed, using bioinformatics, to verify insertions. Finally, Dolutegravir (DTG), a drug capable of silencing mariner, was used to treat flies during aging seeking to increase life expectancy. The Drosophila simulans Wpch test model organism was used, which has two copies of mariner, the non-autonomous peach copy inserted in the white gene, responsible for the mutation. This mutation changes the flies' eyes to peach color and mutation reversion produces a mosaic phenotype. Furthermore, the peach copy is able to mobilize itself by transposases of autonomous copy mos1, which is activated by higher temperatures. Excision was measured using white gene mosaicism through comparison of RT-qPCR from young and old flies. For insertion, sequencing of fragments upstream and downstream to the TE was used in order to locate the element in young and old flies. For this purpose, DNA extraction, cleavage, connection of adapters and PCR were performed on young and old flies at both temperatures. A higher rate of excision was found in proportion to aging and temperature, indicating the occurrence of an accumulation of somatic transposition. For insertion, a change in the positions of elements is suggested both in young at 20 and 28oC, and in old flies when compared to young at both temperatures. However, it was not possible to determine the aging-somatic insertion and temperature-somatic insertion relationships due to a somatic insertion rate many times higher than the hypothesized, implying insufficient sequencing coverage. Finally, treatment with DTG, capable of decreasing somatic mariner mobilization, was not sufficient to prolong the life expectancy of Drosophila.