סוגי טרנספוזונים ומאפיינים

ה טרנספוזונים או אלמנטים transposable הם שברי DNA שיכולים לשנות את המיקום שלהם בגנום. אירוע המעבר נקרא טרנספוזיציה והוא יכול לעשות זאת מעמדה אחת לאחרת, בתוך אותו כרומוזום, או לשנות את הכרומוזום. הם נמצאים בכל הגנומים, ובכמות משמעותית. הם נחקרו באופן נרחב בחיידקים, בשמרים, ב תסיסנית ובתירס.

אלמנטים אלה נחלקים לשתי קבוצות, תוך התחשבות במנגנון הטרנספוזיציה של האלמנט. לכן, יש לנו את retrotransposons כי להשתמש RNA ביניים (חומצה ריבונוקלאית), ואילו הקבוצה השנייה משתמשת DNA ביניים. זו הקבוצה האחרונה הם טרנספוזונים חושן.

סיווג חדש ומפורט יותר משתמש במבנה הכללי של המרכיבים, בקיומם של מוטיבים דומים ובזהות ובדומות הדנ"א וחומצות האמינו. בדרך זו, קבוצות משנה, superfamilies, משפחות subfamilies של אלמנטים transposable מוגדרים.

אינדקס

• 1 נקודת מבט היסטורית
• מאפיינים כלליים
  • 2.1 שפע
• סוגי טרנספוזונים
  • 3.1 אלמנטים של מעמד 1
  • 3.2 אלמנטים מדרגה 2
• 4 כיצד משפיע טרנספוזיציה על המארח?
  • 4.1 השפעות גנטיות
• 5 פונקציות של אלמנטים transposable
  • 5.1 תפקיד באבולוציה של הגנום
  • 5.2 דוגמאות
• 6 הפניות

נקודת מבט היסטורית

הודות למחקר שנערך תירס (זאה מייס) על ידי ברברה מקלינטוק באמצע שנות הארבעים, אפשר היה לשנות את ההשקפה המסורתית שלכל גן יש מקום קבוע בכרומוזום מסוים, והוא קבוע בגנום.

ניסויים אלה מבהירים שלאלמנטים מסוימים יש יכולת לשנות את המיקום, מכרומוזום אחד לאחר.

במקור, מקלינטוק טבע את המונח "אלמנטים שולטים", שכן הם שלטו על הביטוי של הגן שבו הם הוכנסו. לאחר מכן, היסודות נקראו גנים קופצים, גנים ניידים, אלמנטים גנטיים ניידים וטרנספוזונים.

במשך תקופה ארוכה, תופעה זו לא התקבלה על ידי כל הביולוגים, וטופלה בספקנות מסוימת. כיום, אלמנטים ניידים מתקבלים באופן מלא.

מבחינה היסטורית, טרנספוזונים נחשבו לחלקים של DNA "אנוכי". לאחר שנות השמונים, פרספקטיבה זו החלה להשתנות, שכן ניתן היה לזהות את האינטראקציות ואת ההשפעה של טרנספוזונים בגנום, מנקודת מבט מבנית ופונקציונלית.

מסיבות אלה, למרות שהניידות של האלמנט עלולה להיות מזיקה במקרים מסוימים, היא עשויה להיות מועילה לאוכלוסיות של אורגניזמים - מקבילה ל"טפיל שימושי "..

מאפיינים כלליים

טרנספוזונים הם שברי דנ"א נפרדים, שיש להם את היכולת לנוע בתוך הגנום (הנקרא "הגנום המארח"), ובדרך כלל יוצרים עותקים של עצמם במהלך תהליך הגיוס. ההבנה של טרנספוזונים, תכונותיהם ותפקידם בגנום, השתנתה עם השנים.

מחברים אחדים סבורים כי "אלמנט טרנספוזבל" הוא מונח מטריה לייעד סדרה של גנים בעלי מאפיינים שונים. רוב אלה רק יש את הרצף הנדרש עבור טרנספוזיציה שלהם.

למרות כל לשתף את המאפיין של היכולת לעבור דרך הגנום, כמה מסוגלים להשאיר עותק של עצמם באתר המקורי, מה שמוביל לעלייה של אלמנטים transposable בגנום..

שפע

רצף של אורגניזמים שונים (מיקרואורגניזמים, צמחים, בעלי חיים, בין היתר) הוכיח כי אלמנטים transposable קיימים כמעט בכל היצורים החיים.

טרנספוזונים הם בשפע. בגנומים של חוליות, הם תופסים בין 4 ל -60% מכל החומר הגנטי של האורגניזם, ובדו-חיים ובקבוצה מסוימת של דגים, הטרנספוזונים מגוונים ביותר. ישנם מקרים קיצוניים, כגון תירס, שבו טרנספוזונים מהווים למעלה מ 80% של הגנום של צמחים אלה.

בבני אדם, אלמנטים transposable נחשבים המרכיבים השופעים ביותר בגנום, עם שפע של כמעט 50%. למרות השפע המדהים שלהם, התפקיד שהם ממלאים ברמה הגנטית לא הובהר במלואו.

כדי להפוך את דמות ההשוואה, הבה ניקח בחשבון את רצפי הדנ"א של קידוד. אלה הם transcribed לתוך RNA שליח כי הוא מתורגם בסופו של דבר לחלבון. ב פרימטים, ה- DNA קידוד מכסה רק 2% של הגנום.

סוגי טרנספוזונים

בדרך כלל, אלמנטים transposable מסווגים על פי האופן שבו הם מגויסים על ידי הגנום. בדרך זו, יש לנו שתי קטגוריות: האלמנטים של הכיתה 1 ואלה של המעמד השני.

אלמנטים מדרגה 1

הם נקראים גם אלמנטים RNA, כי אלמנט הדנ"א בגנום הוא transcribed בעותק של רנ"א. לאחר מכן, העתק RNA מומרת בחזרה ל- DNA אחר שמוכנס לאתר היעד של הגנום של המארח.

הם ידועים גם בשם אלמנטים רטרו, שכן התנועה שלהם ניתנת על ידי זרימה לאחור של מידע גנטי, מ RNA ל- DNA.

מספר זה של אלמנטים בגנום הוא עצום. לדוגמה, רצפים Alu בגנום האנושי.

טרנספוזיציה היא סוג של שכפול, כלומר, רצף נשאר שלם לאחר התופעה.

אלמנטים מדרגה 2

האלמנטים של הכיתה 2 ידועים כאלמנטים של דנ"א. בקטגוריה זו מגיעים טרנספוזונים כי לזוז מעצמם ממקום אחד למשנהו, ללא צורך מתווך.

הטרנספוזיציה יכולה להיות מהסוג המשכפל, כמו במקרה של האלמנטים של המעמד הראשון, או שהיא יכולה להיות שמרנית: האלמנט מחולק באירוע, ולכן מספר האלמנטים הטרנספוזמבלים אינו עולה. הפריטים שהתגלו על ידי ברברה מקלינטוק שייכים לשיעור 2.

כיצד משפיע טרנספוזיציה על המארח?

כפי שהזכרנו, טרנספוזונים הם אלמנטים שיכולים לנוע בתוך אותו כרומוזום, או לקפוץ לאחד אחר. עם זאת, עלינו לשאול את עצמנו איך כושר גופני של האדם עקב אירוע הטרנספוזיציה. זה תלוי בעיקר על האזור שבו האלמנט הוא transposed.

לפיכך, גיוס יכול להשפיע באופן חיובי או שלילי על המארח, או על ידי מניעת גן, מודולציה ביטוי גנטי או גרימת רקומבינציה לא לגיטימי.

אם כושר גופני של המארח מופחת באופן דרסטי, עובדה זו תהיה השפעה על טרנספוזון, שכן הישרדות של האורגניזם הוא קריטי להנצחת זה.

מסיבה זו, אסטרטגיות מסוימות זוהו המארח ב טרנספוזון המסייעים להפחית את ההשפעה השלילית של טרנספוזיציה, השגת איזון.

לדוגמה, כמה טרנספוזונים צריך להיות מוכנס לתוך אזורים שאינם חיוניים הגנום. לפיכך, הסדרה השפעה מינימלית, כמו באזורים heterochromatin.

מצד המארח, אסטרטגיות כוללות מתילציה DNA, אשר מקטין את הביטוי של אלמנט transposable. בנוסף, כמה RNAs מפריע יכול לתרום לעבודה זו.

השפעות גנטיות

טרנספוזיציה מובילה לשני השפעות גנטיות בסיסיות. ראשית, הם גורמים למוטציות. לדוגמה, 10% מכלל המוטציות הגנטיות של העכבר הם תוצאה של טרנספוזיציות של retroelements, שרבים מהם קידוד או אזורים רגולטוריים.

שנית, טרנספוזונים מקדמים אירועים של שילובים לא לגיטימיים, וכתוצאה מכך שינוי גנים או כרומוזומים שלמים, שבדרך כלל נושאים איתם מחיקות של החומר הגנטי. ההערכה היא כי 0.3% מהפרעות גנטיות בבני אדם (כגון לוקמיה תורשתית) התעוררו בדרך זו.

הוא האמין כי הפחתה של כושר גופני של המארחת עקב מוטציות מזיקות היא הסיבה העיקרית לכך האלמנטים transposable אינם שופעים יותר ממה שהם כבר.

פונקציות של אלמנטים transposable

בתחילה חשבו שהטרנספוזונים הם גנומים של טפילים שאין להם שום תפקיד במארחיהם. כיום, הודות לזמינותם של נתונים גנומיים, הושם יותר תשומת לב לפונקציות האפשריות שלה ולתפקיד הטרנספוזונים באבולוציה של הגנום..

כמה רצפים רגולטוריים משוערים נגזרו מ אלמנטים transposable ו נשמרו בכמה שושלות חוליות, כמו גם להיות אחראי על כמה חידושים אבולוציוניים.

תפקיד באבולוציה של הגנום

על פי מחקר שנערך לאחרונה, טרנספוזונים השפיעו משמעותית על הארכיטקטורה והאבולוציה של הגנום של יצורים אורגניים.

בקנה מידה קטן, טרנספוזונים מסוגלים לתווך שינויים בקבוצות הצמדה, אם כי הם עשויים גם להיות אפקטים רלוונטיים יותר, כגון שינויים מבניים ניכרים בגיוון הגנומי, כגון מחיקות, כפילויות, היפוך, שכפול ותרגום.

זה נחשב טרנספוזונים היו גורמים חשובים מאוד כי יש לעצב את גודל הגנום ואת ההרכב שלהם אורגניזמים האיקריוטים. למעשה, יש מתאם ליניארי בין גודל הגנום לבין התוכן של אלמנטים transposable.

דוגמאות

טרנספוזונים יכולים גם להוביל לאבולוציה מסתגלת. הדוגמאות הברורות ביותר לתרומת הטרנספוזונים היא האבולוציה של המערכת החיסונית והסדרת התעתיק באמצעות אלמנטים של קידוד בשלייה ובמוח היונקים.

במערכת החיסונית של חוליות, כל אחד ממספר גדול של נוגדנים מיוצר באמצעות גן עם שלושה רצפים (V, D ו- J). רצפים אלה מופרדים פיזית בגנום, אבל הם באים יחד במהלך התגובה החיסונית באמצעות מנגנון המכונה רקומבינציה VDJ.

בסוף 1990, קבוצה של חוקרים מצאו כי החלבונים האחראים על מחייב VDJ היו מקודד עם הגנים RAG1 ו RAG2. אלה חסרו אינטרונים ויכולים לגרום טרנספוזיציה של רצפים ספציפיים מטרות DNA.

חוסר אינטרונים הוא תכונה נפוצה של הגנים שמקורם על ידי retroransposition של RNA שליח. מחברי המחקר הראו כי המערכת החיסונית של חוליות התעוררה בזכות טרנספוזונים שהכילו את האב הקדמון של הגנים RAG1 ו RAG2.

ההערכה היא כי כ 200,000 כניסות נכללו השושלת של יונקים.

הפניות

1. Ayarpadikannan, S., & Kim, H. S. (2014). ההשפעה של אלמנטים transposable באבולוציה הגנום וחוסר יציבות גנטית ואת ההשלכות שלהם במחלות שונות. גנומיקה ואינפורמטיקה, 12(3), 98-104.
2. Finnegan, D. J. (1989). יסודות איקריוטים ניתנים לשינוי ואבולוציה של הגנום. מגמות בגנטיקה, 5, 103-107.
3. Griffiths, A.J., Wessler, S.R., Lewontin, R.C., Gelbart, W.M., Suzuki, D.T., & Miller, J.H. (2005). מבוא לניתוח גנטי. מקמילן.
4. קידוול, מ 'ג', וליש, ד 'ר' (2000). אלמנטים טרנספוזבל ואבולוציה של הגנום המארח. מגמות אקולוגיה & אבולוציה, 15(3), 95-99.
5. קידוול, מ 'ג', וליש, ד 'ר' (2001). פרספקטיבה: אלמנטים טרנספוזיציה, דנ"א טפילי ואבולוציה של הגנום. אבולוציה, 55(1), 1-24.
6. קים, י 'ג' יי, לי, ג ', & האן, ק (2012). אלמנטים טרנספוזיציה: לא יותר "דנ"א דנ"א". גנומיקה ואינפורמטיקה, 10(4), 226-33.
7. Muñoz-López, M., & García-Pérez, J. L. (2010). דנ"א טרנספוזונים: טבע ויישומים בגנומיקה. הגנומיקה הנוכחית, 11(2), 115-28.
8. Sotero-Caio, C.G, Platt, R.N., Suh, A., & Ray, D.A (2017). אבולוציה וגיוון של אלמנטים טרנספוזיציה בגנום של חוליות. ביולוגיה של הגנום ואבולוציה, 9(1), 161-177.