7.12
DNA 전용 트랜스포존은 전위 메커니즘에 필요한 효소 트랜스포사제를 암호화하므로 자율 트랜스포존이라고 합니다. 트랜스포존의 삽입은 다양한 방식으로 유전자 기능을 변경할 수 있습니다. 이는 유전자를 돌연변이시키고, 새로운 프로모터 또는 절연체 서열을 도입하여 유전자 발현…
트랜스포손은 원핵생물과 진핵생물 모두에서 발견될 수 있으며, 아메바 게놈의 5%, 인간 게놈의 44%, 옥수수 게놈의 최대 90%를 차지합니다. transposons의 많은 다른 유형이 있습니다, 그러나 그들은 크게 두 가지 별개의 클래스로 특징 지어 질 수 있습니다 - 하나, 그리고 둘.
레트로트랜스포손(retrotransposons)으로도 알려진 클래스 1 트랜스포손(transposon)은 표적에 삽입되기 전에 DNA에 RNA 중간체를 전사해야 합니다.
그러나 클래스 2 트랜스포손(class two transposons) 또는 "DNA 전용 트랜스포손(DNA only transposons)"은 전치 전반에 걸쳐 DNA 형태로 남아 있습니다. 그들은 또한 트랜스포사제(transposase)라고 하는 다기능 효소를 암호화하는 유전자를 포함하고 있습니다.
transposase 유전자는 단일 가닥, 약 9-40 염기쌍 길이, 서로의 역 보체인 말단 역 반복에 의해 측면에 있습니다. cut and paste transposition(절단 및 붙여넣기 전치) 동안, 유전자는 transposase 효소의 두 단량체를 발현하며, 이는 말단 반전 반복에 결합합니다.
단량체가 이합체화되면 두 개의 반전된 반복을 함께 가져옵니다. 이것은 시냅스 복합체 또는 트랜스포소솜이라고 하는 안정적인 DNA 단백질 복합체를 생성합니다.
다음으로, 트랜스포소솜은 트랜스포손의 양쪽 끝에 있는 DNA 가닥을 절단하여 직접 반복이라고 하는 염기서열을 남깁니다. 이것은 공여자 DNA에서 transposon을 방출하고 이제 임의의 표적으로 자유롭게 운반할 수 있습니다.
삽입을 위해 transposase는 phosphodiester 결합을 절단하여 표적 DNA에 두 개의 엇갈린 절단을 만듭니다. 타겟 DNA의 절단된 가닥을 분리하여 단일 가닥 돌출부와 갭을 만듭니다.
이제, transposon DNA의 3' OH 말단은 표적 DNA의 5' 말단과 반응하여 transposon의 5' 말단과 타겟의 3' 말단 사이에 갭을 남깁니다.
DNA 중합효소는 갭의 3' 끝을 프라이머로 사용하고 타겟 부위 복제라는 과정에서 갭을 채웁니다. 새로 합성된 DNA와 트랜스포손은 DNA 리가아제에 의해 결합됩니다.
이러한 삽입은 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 일부 경우에, 트랜스포존에 의해 암호화된 새로운 프로모터 또는 절연체를 제공함으로써 표적 유전자를 켜거나 끌 수 있습니다.
또는 mRNA 생성 중에 정상적인 엑손 접합을 방해하여 유전자 기능을 변경할 수도 있습니다. 예를 들어, 새로운 스플라이스 부위를 포함하는 transposon이 기존 유전자로 뛰어들어 전사 신호를 재배선하여 비정상적인 mRNA를 생성하는 경우 이러한 일이 발생할 수 있습니다.
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.