7.12
Transpozony zawierające wyłącznie DNA nazywane są transpozonami autonomicznymi, ponieważ kodują enzym wymagany w mechanizmie transpozycji. Insercja tr…
Transpozony można znaleźć zarówno u prokariontów, jak i eukariontów, stanowiąc 5% genomu ameby, 44% genomu człowieka i do 90% genomu kukurydzy. Istnieje wiele różnych typów transpozonów, ale można je ogólnie scharakteryzować na dwie odrębne klasy - jedną i dwie.
Transpozony klasy pierwszej, znane również jako retrotranspozony, wymagają transkrypcji pośredniego RNA do DNA przed wprowadzeniem do celu.
Jednak transpozony klasy drugiej - lub "transpozony tylko DNA" - pozostają w formie DNA przez cały czas transpozycji. Zawierają one również gen kodujący wielofunkcyjny enzym zwany transpozazą.
Gen transpozazy jest otoczony końcowymi odwróconymi powtórzeniami, które są jednoniciowe, o długości około 9 do 40 par zasad i wzajemnie się uzupełniają. Podczas transpozycji wycinania i wklejania gen ulega ekspresji dwóch monomerów enzymu transporazy, które wiążą się z końcowymi powtórzeniami odwróconymi.
Kiedy monomery dimeryzują, zbliżają do siebie dwa odwrócone powtórzenia. W ten sposób powstaje stabilny kompleks białkowy DNA zwany kompleksem synaptycznym lub transpozosomem.
Następnie transpozosom rozszczepia nici DNA na każdym końcu transpozonu, pozostawiając sekwencje zwane powtórzeniami bezpośrednimi. To uwalnia transpozon z DNA dawcy i może on być teraz swobodnie transportowany do losowego celu.
W celu insercji transpozaza wykonuje dwa naprzemienne cięcia w docelowym DNA, rozszczepiając wiązania fosfodiestrowe. Przecięte nici docelowego DNA są rozsuwane, aby utworzyć szczelinę z jednoniciowymi zwisami.
Teraz koniec 3' OH transpozonu DNA reaguje z końcem 5' docelowego DNA, pozostawiając przerwy między końcami 5' transpozonu a końcami 3' celu.
Polimeraza DNA wykorzystuje koniec 3' luki jako starter i wypełnia lukę w procesie zwanym duplikacją miejsca docelowego. Nowo zsyntetyzowane DNA i transpozon są połączone ligazą DNA.
Takie wstawienie może mieć znaczące możliwe skutki. W niektórych przypadkach może włączać lub wyłączać gen docelowy, dostarczając nowe promotory lub izolatory kodowane przez transpozon.
Alternatywnie może również zmienić funkcję genu, zakłócając normalne splicing egzonów podczas wytwarzania mRNA. Na przykład może się to zdarzyć, jeśli transpozon zawierający nowe miejsce splicingu wskoczy do istniejącego genu i ponownie przeprogramuje sygnały transkrypcyjne - co spowoduje powstanie nieprawidłowego mRNA.
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.