7.12
Yalnızca DNA transpozonları, transpozisyon mekanizması için gerekli olan transpozaz enzimini kodladıkları için otonom transpozonlar olarak adlandırılı…
Transpozonlar hem prokaryotlarda hem de ökaryotlarda bulunabilir, amip genomunun 5'ini, insan genomunun 44'ünü ve mısır genomunun 90'ını oluşturur. Birçok farklı tipte transpozon vardır, ancak bunlar genel olarak iki sınıfa ayrılabilir:1 ve 2. Sınıf 1 transpozonlar, aynı zamanda retrotranspozonlar olarak da bilinirler ve hedeflerine yerleştirilmeden önce DNA'ya bir RNA ara ürününün transkripsiyonunu gerektirir.
Bununla birlikte, Sınıf 2 transpozonlar veya DNA'ya has transpozonlar, transpozisyon boyunca DNA formunda kalır. Ayrıca transposaz adı verilen çok işlevli bir enzimi kodlayan bir gen içerirler. Transposaz geni;tek zincirli, yaklaşık 9 ila 40 baz çifti uzunluğunda ve birbirinin ters tamamlayıcıları olan, terminal ters dönmüş tekrarlarla çevrelenmiştir.
Kes-yapıştır transpozisyonu sırasında gen, terminal ters dönmüş tekrarlara bağlanan, transposaz enziminin iki monomerini eksprese eder. Monomerler dimerleştiğinde, iki ters çevrilmiş tekrarı bir araya getirir. Bu, sinaptik kompleks veya transposozom adı verilen kararlı bir DNA protein kompleksi oluşturur.
Daha sonra, transposozom, transpozonun her iki ucunda DNA zincirlerini keserek, geride doğrudan tekrarlar adı verilen dizileri bırakır. Bu, transpozonun donör DNA'sından ayrılmasını sağlar;artık rastgele bir hedefe taşınmak için serbesttir. Ekleme için, transposaz, fosfodiester bağlarını ayırarak hedef DNA'da iki zikzaklı kesim yapar.
Hedef DNA'nın kesilmiş zincirleri, bir boşluk oluşturmak için tek zincirli çıkıntılarla birbirinden ayrılır. Artık, transpozon DNA'sının 3'OH ucu, hedef DNA'nın 5'ucu ile reaksiyona girerek, transpozonun 5'ucu ile hedefin 3'ucu arasında boşluklar bırakır. DNA polimeraz, boşluğun 3'ucunu bir primer olarak kullanır ve hedef yer duplikasyonu adı verilen bir işlemle boşluğu doldurur.
Yeni sentezlenen DNA ve transpozon, DNA ligaz ile birleştirilir. Böyle bir eklemenin olası önemli etkileri vardır. Bazı durumlarda, transpozon tarafından kodlanan yeni promotörler veya insulatörler sağlayarak hedef geni açabilir ve kapatabilir.
Alternatif olarak, mRNA üretimi sırasında normal ekson birleştirmesini bozarak gen işlevini de değiştirebilir. Örneğin, yeni bir birleştirme yeri içeren bir transpozonun, mevcut bir gene atlaması ve transkripsiyon sinyallerini yeniden bağlayıp anormal bir mRNA'nın oluşmasına yol açmasıyla, bu gerçekleşebilir.
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.