Elementy transpozonu: rodzaje, kategorie i przykład

Przeczytaj ten artykuł, aby poznać typy, kategorie i przykłady elementów transpozonów!

W genomach prokariotycznych i eukariotycznych niektóre geny (sekwencje nukleotydów) mogą przemieszczać się z jednego miejsca na drugie w obrębie tego samego chromosomu lub między różnymi chromosomami, oprócz wywoływania mutacyjnych lub regulacyjnych zmian w loci, do których się wtrącają, ich zdolności do przenoszenia genów z jednego lokalizacja innej dała im przydomek Skaczące geny.

Te elementy mobilne były różnie nazywane "elementami mobilnymi", "kasetami", sekwencjami wstawiania "i" transpozonami ". Formalna nazwa dla tej rodziny genów mobilnych to elementy podlegające transpozycji, a ich ruch nazywa się transpozycją.

Termin transpozon został wymyślony przez Hedgesa i Jakuba w 1974 roku dla segmentu DNA, który może poruszać się od jednej cząsteczki DNA (lub chromosomu) do drugiej i wykazywać odporność na antybiotykową ampicylinę.

Praca McClintocka (w transpozonach):

Transpozony zostały po raz pierwszy zidentyfikowane w kukurydzy przez Barbarę McClintock (nazwała je elementami kontrolującymi) pod koniec lat czterdziestych. Przeanalizowała dwuelementowy układ elementów kontrolujących (obecnie nazywanych transpozonami) w kukurydzy. Odkryła, że ​​gen dysocjacji (Ds) w 9 chromosomie spowodował pęknięcie chromosomu w miejscu, w którym się znajdował.

Ale Ds były aktywne tylko w obecności genu aktywatora (Ac), który mógłby być zlokalizowany na którymkolwiek z pozostałych chromosomów. Gdy obecne były zarówno D, jak i Ac, utrata części 9 chromosomu często prowadziła do zauważalnych efektów. Na przykład, dominujący allel C 'w locus C na 9 chromosomie hamuje tworzenie barwy, tak że ziarna C są bezbarwne.

Jądro endospermy CC nawożone przez jądro pyłku łożyska C 'mogłoby zatem tworzyć bezbarwne endospermie CCC. Jeśli jednak pyłek zawierałby Ds w locus C lub w pobliżu, oprócz genu Ac, powstałyby liczne ziarna, w których pojawiłyby się kolorowe plamki. Plamki te odzwierciedlały utratę allelu C 'na określonym etapie rozwoju, umożliwiając w ten sposób tworzenie kolorów.

W przeciwieństwie do efektu dawkowania Ds i zwiększenia dawki Ac nie powodowało odpowiedniego zwiększenia pigmentacji. W rzeczywistości trzy dawki Ac doprowadziły do ​​powstania ziaren, które wykazywały jedynie bardzo małe plamki. Zostało to zinterpretowane jako oznaczające, że wraz ze wzrostem dawki Ac pęknięcie chromosomu zainicjowane przez Ds zostało przełożone na późniejsze etapy rozwoju.

Ze względu na ich wpływ na inne geny, McClintock nazwał te jednostki "elementami kontrolującymi". W jednym przypadku (Ds) elementy sterujące działają na jego bezpośrednich sąsiadów, aw innym przypadku (Ac) element sterujący może działać na odległość. Jak pokazuje efekt dawkowania Ac, element kontrolny może również określać czas, w którym zachodzi aktywność genu.

McClintock wywnioskował, że elementy sterujące ca działają na odległość. Jak pokazuje efekt dawkowania Ac, element kontrolujący może również określać czas, w którym zachodzi aktywność genu. McClintock wywnioskował, że elementami kontrolującymi są geny regulujące aktywność innych genów na bardzo podstawowych poziomach oprócz zmienności.

Rodzaje elementów transpozycyjnych:

Elementy transpozycyjne mają dwa główne typy:

1. Sekwencje wstawiania (Is) lub Simple Transposons.

Sekwencje insercyjne są krótkimi DNA o około 800-1400 bp i mają zdolność transpozycji. Promują również rekombinację między niehomologicznymi chromosomami i są uważane za zaangażowane w integrację episomów z chromosomami bakteryjnymi.

Istnieją różne sekwencje insercyjne, takie jak IS1, IS2, IS3, IS4 i tak dalej w E. coli. Ostatnio IS21 odnotowano w bakteriach przez Willetts i wsp., (1981). Elementy IS mają odwrotność powtórzeń 9-40 bp (tak, że poszczególne elementy IS mają podobny ciąg zasad na każdym końcu, ale w odwrotnej kolejności) na ich dwóch końcach.

Elementy IS występują w wielu miejscach w chromosomie E. coli, ale ich rozkład jest nielosowy; wydają się być preferencyjnie zintegrowane w niektórych lokalizacjach. Integracja elementu IS w genie niszczy jego funkcję. Uważa się, że elementy IS odpowiadają za znaczną część spontanicznych mutacji genowych u bakterii i bakteriofagów.

Elementy IS są normalnymi składnikami chromosomów bakteryjnych, plazmidów, a nawet fagów. Elementy IS to kody tylko dla tych białek, które są potrzebne do ich transpozycji. Na przykład IS1 ma dwa geny, które kodują białka InsA i InsB, które są potrzebne do jego transpozycji. Inne elementy IS zawierają tylko jeden długi region kodujący, który koduje transpozazę, która sponsoruje ich transpozycję.

Wstawienie elementów IS do chromosomu generuje krótkie (zwykle 5 lub 9 bp) bezpośrednie powtórzenia, które otaczają element IS. Kiedy ten element IS transponuje, to bezpośrednie powtórzenie pozostaje w miejscu wstawienia w chromosomie gospodarza. Większość elementów IS wstawia się w różnych miejscach w obrębie DNA gospodarza, ale niektóre elementy wykazują różne poziomy preferencji dla poszczególnych gorących punktów.

(2) Transpozony (Tn) lub złożone transpozyony:

Transpozony (Tn) to bardziej złożone elementy podlegające transpozycji; zazwyczaj mają one długość ponad 2000 bp, niosą jeden lub więcej genów niezwiązanych z ich transpozycją (np. geny oporności na antybiotyki) i powtarzają się na swoich końcach elementy podobne do IS.

Elementy IS na dwóch końcach elementu Tn mogą być w tej samej orientacji (bezpośrednie powtórzenia końcowe), np. IS1 na końcach Tn 9 E. coli, lub w przeciwnej orientacji (odwrotne powtórzenia końcowe), np. IS10 w Tn 10 E. coli.

Integracji transpozonów w chromosomie towarzyszy duplikacja zazwyczaj 5-9 pz chromosomu bezpośrednio przylegającego do końców elementów Tn. Elementy podlegające transpozycji znajdują się w eukariotach, np. Kukurydzy, drożdżach, drozofili itp., A genomy DNA niektórych wirusów powodujących raka (retrowirusy) mają podobną strukturę do bakteryjnych elementów Tn.

Kontrolujące elementy eukariotów są również nazywane elementami transpozycyjnymi i mają strukturę podobną do transpozonu bakteryjnego (elementy T _n ). W niektórych transpozonach elementy IS na obu końcach są identyczne, np. IS1 w Tn9, ale w innych mogą być blisko spokrewnione, ale nie identyczne, np. IS 10L i IS 10R w Tn 10 .. Gdy dwa elementy IS z transpozon jest identyczny, każdy element może sponsorować transpozycję, ale gdy są różne, mogą różnić się zdolnością funkcjonalną, tak że transpozycja może zależeć głównie od jednego z dwóch elementów.

Ogólne zdarzenia podczas wstawiania transponów są następujące:

1. W docelowym DNA powstają rozłożone w czasie przerwy

2. Transpozony łączą się z wystającymi jednoniciowymi końcami i

3. Pozostałe szczeliny są następnie wypełniane, generując powtórzenia docelowego DNA w miejscu wstawienia.

Transpozycja może być konserwatywna lub replikatywna. W transpozycji konserwatywnej transpozony przemieszczają się poza miejsce i wstawiają się w nowe miejsce, pozostawiając dwuniciową przerwę w docelowym DNA we wcześniejszym miejscu.

Tak wytworzona przerwa dwuniciowa może być naprawiona lub nie, np. IS10, Tnl0 itd. Jednak w transpozycji replikacyjnej powstaje nowa kopia transpozonu, który wstawia się w nowym miejscu docelowym. W rezultacie oryginalna strona pozostaje niezmieniona. Grupa transpozonów związanych z Tn A porusza się w ten sposób.

Kontrolujące elementy kukurydzy i innych eukariotów można podzielić na dwie klasy: (1) autonomiczne i (2) nieautonomiczne. Elementy autonomiczne mają zdolność do akcyzowania i transpozycji. Ale elementy nieautonomiczne nie mają zdolności transpozycji; transponują tylko wtedy, gdy autonomiczny członek tej samej rodziny jest obecny w innym miejscu w genomie. Elementy nieautonomiczne mogą pochodzić z elementów autonomicznych poprzez utratę funkcji transakcyjnych potrzebnych do transpozycji.

Kategorie:

Eukariotyczne genomy posiadają również wiele elementów możliwych do transpozycji, które dzielą się na dwie następujące kategorie:

1. Transposony:

Są porównywalne z transpozonami bakteryjnymi i nie mają życia poza genomem, np. Elementy kontrolujące kukurydzę. Wraz z transpozonami bakteryjnymi i elementami IS tworzą grupę elementów często uważanych za samolubne DNA, ponieważ dotyczą one głównie ich własnej propagacji.

2. Retroposons:

Elementy te są kopiami DNA wirusów RNA zwanych retrowirusami lub pochodnymi z takich kopii i mogą nawet utracić zdolność do transpozycji. Elementy te również generują krótkie bezpośrednie powtórzenia docelowego DNA podczas ich wstawiania.

Przykład transpozonu:

Transpozon Tn 3 E. coli. Opracowano strukturę molekularną tej transpozonu. Tn3 ma 4957 bp i zawiera trzy geny, takie jak tnpA, tnpR i bla, kodujące odpowiednio następujące białka; transpozaza mająca 1015 aminokwasów i wymagana do transpozycji; represor (lub rezolase) zawierający 185 aminokwasów, który reguluje transpozazę i enzym β-laktamazę, która nadaje oporność na antybiotyk ampicylinę. Odwrotne powtórzenie około 38 bp występuje po obu stronach Tn 3.