Transpozony - mobilní genetické elementy
Tvoří pravidelnou součást genomu prokaryot i eukaryot (až
50% genomu)
Navozují mutace genů (inzerční inaktivace, polární mutace,
změny exprese genů)
Jsou zodpovědné za přestavby chromozomů nebo plazmidů
(tvoří "přenosné" úseky homologie, podmiňující homologní
rekombinace, interakce mezi složkami genomu)
Přenášejí nové znaky (např. AntR, onkogeny) mezi organismy
(horizontální přenos genů)
Základní typy transpozonů a jejich klasifikace
DNA-transpozony
• Transpozony „cut and paste“ (prokaryota a eukaryota) – vyčlení se z
původního místa a začleňují se do nového
• Replikativní transpozony (prokaryota) – během transpozice se replikují
(jedna kopie zůstává v půsovním místě, druhá se objeví v novém místě)
- Konjugativní transpozony (bakterie)
3. Retrotranspozony (eukaryota) – během transpozice se transkripcí
sekvence transpozonu vytváří RNA, která se převádí na DNA, která se
pak začleňuje do nového místa
- retroviry,
- retrovirům podobné elementy, retrotropozony
- retrony (bakterie)
Struktura mobilních elementů bakterií
Inzerční sekvence (IS)
Složené transpozony (Tn)
transponáza
Příklady složených transpozonů bakterií
Vedle místa
začlenění
Mobilní elementy u kukuřice (Ac/Ds) (Elementy B. McClintockové)
Ac element
Ds elementy
Autonomní elementy schopné
zajistit vlastní transpozici
Neautonomní elementy
schopné transpozice za
přítomnosti Ac elementů
Transpozice Ds elementu u kukuřice
Funkční gen pro purpurovou barvu obilek
Vyčlenění Ds elementu z genu
zprostředkované transponázou Ac elementu
Gen pro purpurovou barvu obilek přerušený
transpozonem
Znovunabytí funkce genu pro purpurovou
barvu obilek v buňkách, v nichž došlo k
vyčlenění transpozonu.
Náhodnost procesu vyčlénění má za
následek vznik skvrnitých obilek
Transpozony u kukuřice Transpozony u Antirrhinum
Mozaikovitost květu je způsobena
pohyby transpozonů, které jsou
začleněny do obou alel genu pro
anthokyanin. Vyčlenění transpozonů
vede k vytváření červených sektorů.
Mobilní elementy Drosophila melanogaster - P elementy
Transpozony navozující
dysgenezi hybridů
K transpozici dochází jen v
zárodečných buňkách, kde se
tvoří aktivní transponáza
mariner – různé
druhy drosofil, aj.
Typy transpozice
- intramolekulární
- intermolekulární
Mechanismy transpozice
„cut and paste“
Vznik přímých repeticí v cílovém místě po začlenění transpozonu
Cílové místo
Vytvoření posunutých zlomů transponázou
Doplnění komplementárních úseků
Začlenění transpozonu do cílového místa
Duplikovaná cílová sekvence
transpozon
Vznik kointegrátu
Rozklad kointegrátu
homologní rekombinací
Nová kopie transpozonu
Replikativní transpozice
Mechanismus replikativní transpozice
Chromozomová přeskupení navozená transpozony
= transpozon
Delece úseku mezi
transpozony
Inverze úseku mezi transpozony
přímá opakování
obrácená opakování
rekombinace
rekombinace
Delece pozorované v místě začlenění IS1 v lokusu gal E. coli
Úloha transpozonů při evoluci R-plazmidů
- každý transpozon může být přenášen nezávisle
(obsahují LTR)
RT
neautonomní
nemají LTR
Mobilní elementy kvasinek - Ty elementy
LTR
Enzymy zajišťující
zpětnou transkripci a
integraci DNA do
nových míst v genomu
Retrovirům podobné ellementy
Retroelementy u drozofily
Copia elementy
Gypsy elementy
F, G a I-elementy
HeT-A, TART (telomere associated retrotransposons) – transpozice
v telomerách, regenerace konců chromozomů ztracených při
replikaci
Inaktivní nejméně 50 milionů let
Alu
Transpozice neretrovirových retrotranspozonů
(sekvence LINE 1) místně specifickou rekombinací
Iniciační fáze, při níž endonukleáza
(součást RT) připojená na L1 RNA
štěpí cílovou sekvenci - uvolněná
3´OH skupina funguje jako primer pro
reverzní transkripci - vytváří se ssDNA
napojená na cílovou DNA.
V dalším kroku se vytvoří dsDNA,
která se začlení do cílového místa
Mechanismus transpozice L1
v lidském genomu
Vznik upravených pseudogenů
Původní funkční gen
Sestřih a připojení polyA
Reverzní transkriptáza některé transkripty
konvertuje na cDNA
Vytvořená cDNA je začleněna do jiných
míst genomu - vzniká pseudogen, který
není funkční v důsledku chybění
promotoru
hnRNA mRNA
DNA
Retrotranspozice „homing retro-intronů“ skupiny II
Intron začleněný v
jedné z kopií genu
kopie genu
neobsahující intron
Vytvoření enzymu s
dvojí aktivitou
Štěpení genu v cílovém místě
dvouřetězcový zlom
dsDNA kopie intronu
Transpozice retrovirů nebo retrotranspozonů místně-specifickou
rekombinací
RNA
RT
Štěpení konců
transpozonu integrázou
Atak cílových sekvencí
na chromozomu
3-12 nt
HIV - Human immunodeficiency virus
AIDS = acquired immune deficiency syndrom
(syndrom získaného selhální imunity)
Th-lymfocyt
(+ další typy buněk virus
je polytrofní)
HIV-1 se váže na
specifický receptor
Th-lymfocytu, CD4
Vznik retrovirů přenášejících onkogeny
retrovirus
Inzerční aktivace
protoonkogenu pomalu
transformujícími retroviry
nádor
Transdukce onkogenu
akutně transformujícími
retroviry
nádor
Akutně a pomalu transformující retroviry
po mnoha generacích
mobilní elementy
Vznik „odpadní“ DNA jako důsledek transpozice a následné inaktivace
mobilních elementů