7.12
DNAのみのトランスポゾンは、転移機構に必要な酵素トランスポザーゼをコードしているため、自律的トランスポゾンと呼ばれます。トランスポゾンの挿入により、さまざまな方法で遺伝子機能が変化する可能性があります。それらは、遺伝子を変異させたり、新しいプロモーターまたはインシュレーター配列を導入することによっ…
トランスポゾンは原核生物と真核生物の両方に存在し、アメーバゲノムの5%、ヒトゲノムの44%、トウモロコシゲノムの最大90%を占めています。トランスポゾンにはさまざまな種類がありますが、大きく分けて2つのクラス(1つと2つ)に分類できます。
クラス1トランスポゾンは、レトロトランスポゾンとも呼ばれ、標的に挿入する前にRNA中間体をDNAに転写する必要があります。
しかし、クラス2トランスポゾン、または「DNAのみのトランスポゾン」は、転位中もDNAの形態のままです。また、トランスポザーゼと呼ばれる多機能酵素をコードする遺伝子も含まれています。
トランスポゼース遺伝子は、約9〜40塩基対の長さの一本鎖で、互いに逆補体である末端逆反復配列に隣接しています。カット&ペーストのトランスポジション中、遺伝子はトランスポゼース酵素の2つのモノマーを発現し、末端の逆リピートに結合します。
モノマーが二量体化すると、2つの逆リピートが一緒になります。これにより、シナプス複合体またはトランスポゾンソームと呼ばれる安定したDNAタンパク質複合体が作られます。
次に、トランスポゾンはトランスポゾンの両端にあるDNA鎖を切断し、直接反復と呼ばれる配列を残します。これにより、トランスポゾンはドナーDNAから放出され、ランダムなターゲットに自由に輸送できるようになります。
挿入のために、トランスポゼースはホスホジエステル結合を切断することにより、標的DNAに2つの千鳥状に切断します。ターゲットDNAの切断された鎖を引き離して、一本鎖オーバーハングのギャップを作ります。
ここで、トランスポゾンDNAの3'OH末端が標的DNAの5'末端と反応し、トランスポゾンの5'末端とターゲットの3'末端との間に隙間が残ります。
DNAポリメラーゼは、ギャップの3'末端をプライマーとして使用し、標的部位の重複と呼ばれるプロセスでギャップを埋めます。新たに合成されたDNAとトランスポゾンは、DNAリガーゼによって結合されます。
このような挿入は、重大な可能性のある影響をもたらす可能性があります。場合によっては、トランスポゾンによってコードされる新規のプロモーターまたは絶縁体を提供することにより、標的遺伝子をオンまたはオフにすることができます。
あるいは、mRNA生成中に正常なエクソンスプライシングを破壊することにより、遺伝子機能を変化させることもできます。例えば、新しいスプライス部位を含むトランスポゾンが既存の遺伝子に飛び込んで転写シグナルを再配線し、その結果、異常なmRNAが生成される場合に、このようなことが起こることがあります。
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.