Transposonų tipai ir charakteristikos



The transpozonai arba perkeliami elementai yra DNR fragmentai, kurie gali pakeisti jų vietą genome. Judėjimo įvykis vadinamas perkėlimu ir gali tai padaryti iš vienos pozicijos į kitą, toje pačioje chromosomoje arba pakeisti chromosomą. Jie yra visuose genomuose ir dideliais kiekiais. Jie buvo plačiai tiriami bakterijose, mielėse Drosophila ir kukurūzuose.

Šie elementai skirstomi į dvi grupes, atsižvelgiant į elemento perkėlimo mechanizmą. Taigi, mes turime retrotranspozonus, kuriuose naudojamas RNR tarpinis (ribonukleino rūgštis), o antroji grupė naudoja tarpinį DNR. Ši paskutinė grupė yra transpozonai sensus stricto.

Naujausia ir išsamesnė klasifikacija naudoja bendrą elementų struktūrą, panašių motyvų buvimą, DNR ir aminorūgščių tapatumą ir panašumus. Tokiu būdu apibrėžiami perkeliamų elementų poklasiai, šeimynai, šeimos ir subfamilijos.

Indeksas

  • 1 Istorinė perspektyva
  • 2 Bendrosios charakteristikos
    • 2.1 Gausumas
  • 3 Transpozonų tipai
    • 3.1 1 klasės elementai
    • 3.2 2 klasės elementai
  • 4 Kaip perkėlimas veikia priimančiąją?
    • 4.1 Genetinis poveikis
  • 5 Perkeliamų elementų funkcijos
    • 5.1 Vaidmuo genomų evoliucijoje
    • 5.2 Pavyzdžiai
  • 6 Nuorodos

Istorinė perspektyva

Dėl kukurūzų tyrimų (Zea maysBarbara McClintock 1940-ųjų viduryje, buvo galima pakeisti tradicinį požiūrį, kad kiekvienas genas turėjo fiksuotą vietą tam tikroje chromosomoje ir buvo nustatytas genome.

Šie eksperimentai parodė, kad tam tikri elementai turėjo galimybę pakeisti padėtį iš vienos chromosomos į kitą.

Iš pradžių „McClintock“ sukūrė terminą „kontroliniai elementai“, nes jie kontroliavo geno, kuriame jie buvo įterpti, ekspresiją. Tada elementai buvo vadinami šuoliais genais, mobiliais genais, mobiliais genetiniais elementais ir transpozonais.

Ilgą laiką šis reiškinys nebuvo priimtas visų biologų, ir jis buvo traktuojamas kaip skepticizmas. Šiandien mobilieji elementai yra visiškai priimti.

Istoriškai transpozonai buvo laikomi „savanaudiškos“ DNR segmentais. Po dešimtojo dešimtmečio ši perspektyva pradėjo keistis, nes buvo įmanoma nustatyti struktūrų ir funkcinių aspektų sąveiką ir transpozonų poveikį genome..

Dėl šių priežasčių, nors elemento judumas tam tikrais atvejais gali būti žalingas, gali būti naudinga organizmų populiacijoms - analogiškoms "naudingam parazitui"..

Bendrosios charakteristikos

Transposonai yra atskiri DNR fragmentai, turintys gebėjimą judėti genome (vadinamasis „šeimininko“ genomas), paprastai mobilizacijos proceso metu sukurdami savo kopijas. Per daugelį metų pasikeitė transpozonų, jų savybių ir jų vaidmens genomoje suvokimas.

Kai kurie autoriai mano, kad „perkeliamas elementas“ yra bendras terminas, skirtas žymėti skirtingų charakteristikų genų seriją. Dauguma jų turi tik būtiną jų perkėlimo seką.

Nors visi turi būdingą gebėjimą judėti per genomą, kai kurie gali palikti savo kopiją originalioje vietoje, o tai lemia perkeliamų elementų padidėjimą genome..

Gausumas

Įvairių organizmų (mikroorganizmų, augalų, gyvūnų) sekvenavimas parodė, kad perkeliami elementai iš esmės egzistuoja visose gyvose būtybėse.

Transpozonai yra gausūs. Stuburinių genomų atveju jie užima nuo 4 iki 60% visos organizmo genetinės medžiagos, o varliagyviuose ir tam tikroje žuvų grupėje transpozonai yra labai įvairūs. Yra ekstremalių atvejų, pavyzdžiui, kukurūzų, kur transpozonai sudaro daugiau kaip 80% šių augalų genomo.

Žmonėms, perkeliami elementai yra laikomi gausiausiais genomo komponentais, kurių gausa yra beveik 50%. Nepaisant didelio jų gausumo, jų vaidmuo genetiniame lygyje nėra visiškai išaiškintas.

Kad šis lyginamasis skaičius būtų pateiktas, atsižvelgkime į koduojančias DNR sekas. Tai transkribuojama į pasiuntinio RNR, kuri pagaliau paverčiama į baltymą. Primatuose koduojanti DNR apima tik 2% genomo.

Transpozonų tipai

Paprastai perkeliami elementai klasifikuojami pagal tai, kaip juos mobilizuoja genomas. Tokiu būdu mes turime dvi kategorijas: 1 klasės ir 2 klasės elementus.

1 klasės elementai

Jie taip pat vadinami RNR elementais, nes genomo DNR elementas transkribuojamas RNR kopijoje. Tada RNR kopija vėl paverčiama į kitą DNR, įterpiamą į šeimininko genomo tikslinę vietą.

Jie taip pat žinomi kaip šviesos elementai, nes jų judėjimą suteikia atvirkštinis genetinės informacijos srautas, nuo RNR iki DNR.

Šio tipo elementų skaičius genome yra milžiniškas. Pavyzdžiui, sekos Alu žmogaus genome.

Perkėlimas yra replikacinio tipo, ty seka lieka nepaliesta po šio reiškinio.

2 klasės elementai

2 klasės elementai vadinami DNR elementais. Šioje kategorijoje ateina transpononai, kurie perkelia save iš vienos vietos į kitą, nereikalaujant tarpininko.

Perkėlimas gali būti replikacinio tipo, kaip ir I klasės elementų atveju, arba jis gali būti konservatyvus: elementas yra suskirstytas į įvykį, todėl perkeliamų elementų skaičius nepadidėja. Barbara McClintock atrasti daiktai priklausė 2 klasei.

Kaip perkėlimas veikia priimančiąją?

Kaip minėjome, transpozonai yra elementai, kurie gali judėti toje pačioje chromosomoje arba pereiti į kitą. Tačiau turime savęs paklausti, kaip tinkamumas asmeniui dėl perkėlimo įvykio. Tai iš esmės priklauso nuo regiono, kuriame elementas perkeliamas.

Taigi mobilizacija gali teigiamai arba neigiamai paveikti šeimininką, inaktyvuodama geną, moduliuodama genų ekspresiją arba sukeldama neteisėtą rekombinaciją.

Jei tinkamumas šeimininkui yra labai sumažintas, šis faktas turės poveikį transpozonui, nes organizmo išlikimas yra labai svarbus jo išlikimui..

Dėl šios priežasties priimančiojoje ir transpozono srityje buvo nustatytos tam tikros strategijos, kurios padeda sumažinti neigiamą perkėlimo poveikį, pasiekiant pusiausvyrą.

Pavyzdžiui, kai kurie transpozonai turi būti įterpiami į regionus, kurie nėra būtini genome. Taigi, serijos poveikis tikriausiai yra minimalus, kaip ir heterochromatino regionuose.

Priimančiojoje dalyje strategijos apima DNR metilinimą, kuris sumažina perkėlimo elemento išraišką. Be to, kai kurie trukdantys RNR gali prisidėti prie šio darbo.

Genetinis poveikis

Perkėlimas veda į du esminius genetinius efektus. Pirma, jie sukelia mutacijas. Pavyzdžiui, 10 proc. Visų pelių genetinių mutacijų atsirado perkeliant atgalines dalis, kurių daugelis yra kodavimo arba reguliavimo regionai..

Antra, transpozonai skatina neteisėtus rekombinacinius įvykius, kurie lemia genų ar visiškų chromosomų konfigūraciją, kuri paprastai kartu su genetine medžiaga ištrina. Apskaičiuota, kad tokiu būdu atsirado 0,3% žmonių (pvz., Paveldimų leukemijų) genetinių sutrikimų.

Manoma, kad tinkamumas pagrindinė priežastis, kodėl perkeliamieji elementai nėra gausūs, nei jie jau yra.

Perkeliamų elementų funkcijos

Iš pradžių buvo manoma, kad transpozonai buvo parazitų genomai, kurių šeimininkai neturėjo jokios funkcijos. Šiandien, atsižvelgiant į geno duomenų prieinamumą, daugiau dėmesio buvo skiriama jo galimoms funkcijoms ir transpozonų vaidmeniui genomų evoliucijoje..

Kai kurios įtariamos reguliavimo sekos buvo gautos iš perkeliamų elementų ir buvo išsaugotos keliose stuburinių linijų linijose, taip pat yra atsakingos už kelias evoliucines naujoves.

Vaidmuo genomų evoliucijoje

Remiantis naujausiais tyrimais, transpozonai turėjo didelės įtakos organinių būtybių genomų architektūrai ir evoliucijai.

Nedideliu mastu transpozonai yra pajėgūs tarpininkauti perjungimo grupių pokyčius, nors jie taip pat gali turėti svarbesnį poveikį, pvz., Reikšmingus struktūrinius genomo variacijos pokyčius, pvz..

Manoma, kad transpozonai buvo labai svarbūs veiksniai, lemiantys genomų dydį ir jų sudėtį eukariotiniuose organizmuose. Tiesą sakant, yra linijinis ryšys tarp genomo dydžio ir perkeliamų elementų turinio.

Pavyzdžiai

Transposonai taip pat gali sukelti adaptyvią evoliuciją. Aiškiausi transpozonų indėlio pavyzdžiai yra imuninės sistemos evoliucija ir transkripcijos reguliavimas per nekoduojančius elementus placentoje ir žinduolių smegenyse..

Stuburinių gyvūnų imuninėje sistemoje kiekvienas didelis antikūnų skaičius gaminamas naudojant geną su trimis sekomis (V, D ir J). Šios sekos yra fiziškai atskirtos genome, tačiau imuninės reakcijos metu jos susitinka per mechanizmą, vadinamą VDJ rekombinacija.

1990-ųjų pabaigoje mokslininkų grupė nustatė, kad už VDJ surišimą atsakingi baltymai buvo užkoduoti su genais RAG1 ir RAG2. Šiems trūksta intronų ir galėjo sukelti specifinių DNR tikslų sekų perkėlimą.

Intronų trūkumas yra bendras genų, gautų retranslokuojant RNS, požymis. Šio tyrimo autoriai teigė, kad stuburinių imuninė sistema atsirado dėl transpozonų, turinčių genų protėvį. RAG1 ir RAG2.

Apskaičiuota, kad į žinduolių liniją įtraukta apie 200 000 intarpų.

Nuorodos

  1. Ayarpadikannan, S., ir Kim, H. S. (2014). Perkeliamų elementų įtaka genomo evoliucijai ir genetiniam nestabilumui bei jų įtaka įvairioms ligoms. Genomika ir informatika, 12(3), 98-104.
  2. Finnegan, D. J. (1989). Eukariotiniai perkeliami elementai ir genomo evoliucija. Genetikos tendencijos, 5, 103-107.
  3. Griffiths, A.J., Wessler, S.R., Lewontin, R.C., Gelbart, W.M., Suzuki, D.T., & Miller, J.H. (2005). Įvadas į genetinę analizę. Macmillan.
  4. Kidwell, M. G., ir Lisch, D. R. (2000). Transponuojami elementai ir šeimininko genomo evoliucija. Ekologijos ir evoliucijos tendencijos, 15(3), 95-99.
  5. Kidwell, M. G., ir Lisch, D. R. (2001). Perspektyva: perkeliami elementai, parazitinė DNR ir genomo evoliucija. Evoliucija, 55(1), 1-24.
  6. Kim, Y. J., Lee, J. & Han, K. (2012). Transposable Elements: ne daugiau „šiukšlių DNR“. Genomika ir informatika, 10(4), 226-33.
  7. Muñoz-López, M., ir García-Pérez, J. L. (2010). DNR transpononai: pobūdis ir taikymas genomikoje. Dabartinė genomika, 11(2), 115-28.
  8. Sotero-Caio, C.G., Platt, R. N., Suh, A., Ray, D.A. (2017). Transformuojamų elementų evoliucija ir įvairovė stuburiniuose genuose. Genomo biologija ir evoliucija, 9(1), 161-177.