7.12
Trasposoni solo DNA
I trasposoni solo DNA sono chiamati trasposoni autonomi poiché codificano per l'enzima trasposasi necessario per il meccanismo di trasposizione. L'ins…
I transposoni si trovano sia nei procarioti che negli eucarioti;rappresentano il 5%del genoma di ameba, 44%del genoma umano, e fino al 90%del mais. Ci sono molti tipi differenti di transposoni, ma possono essere ampiamente caratterizzati in due classi distinte-1 e 2. I transposoni di classe 1, noti anche come retrotransposoni, richiedono la trascrizione di un RNA intermedio in DNA prima di essere inserito nel loro bersaglio.
Tuttavia, i transposoni di classe 2, o transposoni di solo DNA, rimangono a forma di DNA durante tutta la trasposizione;contengono anche un gene che codifica per un enzima multifunzionale chiamato transposasi. Il gene della transposasi è affiancato da ripetizioni terminali invertite, che sono a filamento singolo, lunghe da circa nove a 40 coppie di basi, e integrazioni inverse l'una dell'altra. Durante la trasposizione di taglia e incolla, il gene esprime due monomeri dell'enzima transposasi, che si legano alle ripetizioni terminali invertite.
Quando i monomeri dimerizzano, portano insieme le due ripetizioni invertite. Questo crea un stabile complesso proteico di DNA, definito complesso sinaptico, o transpososoma. In seguito, il transpososoma taglia i filamenti di DNA su ogni estremità del transposone, lasciando indietro le sequenze chiamate ripetizioni dirette.
Questo rilascia il transposone dal DNA donatore, che è ora libero di essere trasportato ad un bersaglio casuale. Per l'inserzione, la transposasi effettua due tagli sfalsati nel DNA bersaglio mediante scissione dei legami fosfodiesteri. I filamenti sezionati del DNA bersaglio sono separati per creare un gap con sporgenze a singolo filamento.
Ora, l'estremità 3 primi OH del DNA di trasposone reagisce con il terminale 5 primi del DNA bersaglio, lasciando spazio tra l'estremità 5 primi del trasposone e l'estremità 3 primi del bersaglio. La DNA polimerasi utilizza l'estremità 3 primi del gap come primer e colma il gap in un processo chiamato duplicazione del sito target. Il DNA di nuova sintesi e il transposone sono uniti da DNA ligasi.
Tale inserimento può avere effetti significativi:in alcuni casi, può attivare o disattivare il gene bersaglio fornendo nuovi promotori o isolatori codificati dal transposone. In alternativa, può anche alterare la funzione genica interrompendo la normale giunzione dell'esone durante la generazione dell'mRNA. Ad esempio, questo può accadere se un transposone contenente un nuovo sito di splice, salta in un gene esistente e riavvolge i segnali trascrizionali, con conseguente creazione di un mRNA aberrante
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.