7.12
טרנספוזונים ל-DNA בלבד נקראים טרנספוזונים אוטונומיים מכיוון שהם מקודדים לאנזים טרנספוזה שנדרש למנגנון הטרנספוזיציה. החדרת טרנספוזונים יכולה לשנות את ת…
טרנספוזונים ניתן למצוא הן בפרוקריוטים והן באיקריוטים, המהווים 5% מגנום האמבה, 44% מהגנום האנושי ועד 90% מגנום התירס. ישנם סוגים רבים ושונים של טרנספוזונים, אך ניתן לאפיין אותם באופן כללי לשני סוגים נפרדים - אחד, ושניים.
טרנספוזונים מדרגה ראשונה, הידועים גם בשם רטרוטרנספוזונים, דורשים שעתוק של רנ"א ביניים לדנ"א לפני הכנסתם למטרתם.
עם זאת, טרנספוזונים מדרגה שנייה - או "טרנספוזונים של דנ"א בלבד" - נשארים בצורת דנ"א לאורך כל הטרנספוזיציה. הם מכילים גם גן המקודד אנזים רב תכליתי הנקרא טרנספוזאז.
גן הטרנספוזאז מוקף בחזרות הפוכות טרמינליות שהן חד-גדיליות, באורך של כ-9 עד 40 זוגות בסיסים, ומשלימות הפוכות זו את זו. במהלך טרנספוזיציית גזור והדבק, הגן מבטא שני מונומרים של אנזים הטרנספוזאז, הנקשרים לחזרות ההפוכות הטרמינליות.
כאשר המונומרים מתמזגים, הם מביאים את שתי החזרות ההפוכות יחד. זה יוצר קומפלקס חלבון DNA יציב שנקרא קומפלקס סינפטי או טרנספוזוזום.
לאחר מכן, הטרנספוזוזום חותך את גדילי הדנ"א בכל קצה של הטרנספוזון ומשאיר אחריו רצפים הנקראים חזרות ישירות. זה משחרר את הטרנספוזון מהדנ"א של התורם, וכעת הוא חופשי להיות מועבר למטרה אקראית.
לצורך החדרה, הטרנספוזאז מבצע שני חתכים מדורגים בדנ"א המטרה על ידי ניתוק קשרי הפוספודיזטר. הגדילים החתוכים של דנ"א המטרה נמשכים זה מזה כדי ליצור רווח עם שלוחות חד-גדיליות.
כעת, קצה ה-3' OH של הדנ"א של הטרנספוזון מגיב עם מסוף 5' של דנ"א המטרה, ומשאיר רווחים בין 5' הקצוות של הטרנספוזון לבין 3' הקצוות של המטרה.
DNA פולימראז משתמש בקצה 3' של הרווח כפריימר וממלא את הפער בתהליך שנקרא שכפול אתר מטרה. הדנ"א המסונתז החדש והטרנספוזון מצטרפים לליגאז DNA.
החדרה כזו יכולה להיות בעלת השפעות אפשריות משמעותיות. במקרים מסוימים, הוא עשוי להפעיל או לכבות את גן המטרה על ידי מתן מקדמים או מבודדים חדשים המקודדים על ידי הטרנספוזון.
לחלופין, הוא יכול גם לשנות את תפקוד הגן על ידי שיבוש שחבור אקסון נורמלי במהלך יצירת mRNA. לדוגמה, זה יכול לקרות אם טרנספוזון המכיל אתר שחבור חדש קופץ לתוך גן קיים ומחווט מחדש את אותות השעתוק - וכתוצאה מכך נוצר mRNA חריג.
Q1: What is the difference between class one and class two transposons?
Class one transposons, called retrotransposons, require transcription into an RNA intermediate before insertion into target DNA. Class two transposons, or DNA-only transposons, remain in DNA form throughout transposition. Both types can move within genomes, but DNA-only transposons use a cut-and-paste mechanism involving the enzyme transposase.
Q2: How do terminal inverted repeats function in DNA-only transposons?
Terminal inverted repeats are short DNA sequences flanking the transposase gene, typically 9 to 40 base pairs long and reverse complements of each other. Transposase monomers bind to these repeats, and when they dimerize, they bring the inverted repeats together to form a stable DNA-protein complex called a transpososome, enabling transposon mobilization.
Q3: What happens during target site duplication in transposon insertion?
During insertion, transposase makes staggered cuts in target DNA, creating single-stranded overhangs. The transposon's 3' OH end joins the target DNA's 5' terminal, leaving gaps. DNA polymerase fills these gaps using the 3' end as a primer, and DNA ligase seals the newly synthesized DNA to the transposon, completing target site duplication.
Q4: How can transposon insertion alter gene expression?
Transposon insertion can alter gene expression by introducing novel promoters or insulators that turn genes on or off. Additionally, if a transposon contains new splice sites, it can disrupt normal exon splicing during mRNA generation, creating aberrant mRNA transcripts and changing the resulting protein structure or function.
Q5: What is exon shuffling and how does it relate to transposition?
Exon shuffling occurs when imperfect excision of transposable elements carries genomic sequences along with the transposon. When inserted at a new location, this positions unrelated exons adjacent to each other, creating new gene structures. This process allows transposition to reorganize non-mobile genetic elements and generate genetic diversity.
Q6: Why are DNA-only transposons considered autonomous elements?
DNA-only transposons are autonomous because they encode transposase, the multifunctional enzyme required for their own transposition mechanism. This self-sufficiency allows them to move independently within the genome without requiring proteins from other sources, making them powerful tools in genome editing and transgenesis applications.
Q7: What is the Sleeping Beauty transposon and how is it used?
The Sleeping Beauty transposon is a synthetic DNA transposon widely used in transgenesis as a gene vehicle to introduce foreign DNA into host organisms. Researchers use it across diverse species ranging from protozoa to small vertebrates like fishes, frogs, and mice to study foreign DNA effects, introduce new traits, or discover novel genes.