Történeti áttekintés
DNS
A genom szerveződése
A genom megváltozása
Módszerek
Mendeli genetika
Populáció-genetika
Példatár
Matematikai alapok
Bioinfo
DNS törzsfa rekonstrukció

SALVE 1% Transzpozíció
 
   
 

Az instabil mutációkat okozó áthelyeződő elemeket (transposable elements) Barbara McClintock (www) fedezte fel a kukorica genomban. Az 1970-es években hasonló jelenséget írtak le baktérium genomban (inzerciós szekvenciák). A transzpozíció az a folyamat, amelynek során egy DNS szakasz (vagy valamilyen másolata) a kromoszóma egy új helyére ékelődik be.
Magyarul az Élet és Tudományban www

Az áthelyeződő elemek képződésük szerint 3 fő osztályba sorolhatók.

Konzervatív transzpozíció: az áthelyeződés során nem változik a másolatok száma. A konzervatiiv transzpozíció egy lehetséges módja az, hogy a kromoszóma egy szakasza kivágódik és más helyre épül be.

     

Replikatív transzpozíció: a transzponálódó elemről egy DNS másolat készül, az eredeti szakasz a helyén marad, a másolat pedig beékelődik egy új helyre (replicative vagy duplicative transposition). (a)

Retropozíció: áthelyeződés RNS másolatokon keresztül. A DNS először RNS-re íródik át, amelyről fordított transzkripcióval DNS másolat (cDNS) keletkezik. (b)

Mind transzpozíció és a retropozíció során a transzponálódó szakasz beékelődésekor a beékelődés helyén a cél DNS egy rövid szakasza (rendszerint 4 -12 bp) duplikálódik. A két kópia orientációja megegyezik (direct repeats), az egyik a beékelődő szakasz elé, a másik pedig a mögé kerül. A két rövid kópia a transz- és retropozíció biztos bélyege.

Ábra: Transzpozició (a) és retrotranszpozició (b). Eredeti ábra www

 

 

     

A transzponálódó elemek legfontosabb osztályai az eukarióta genomban

A transzponálódó elemeket a transzpozíció mechanizmusa és a transzponálódó DNS szakasz jellege alapján szokás csoportosítani. A transzpozíció mechanizmusa nem ismert részleteiben, és az sem világos, hogy az egyes formák hogyan alakultak ki az evolúció során. Ebből következően az osztályozás módja formális, és sem az osztályozásban sem az elnevezésekben nincs egységes álláspont. (A jegyzetben Li és Graur, 1991 csoportosítását ismertetjük, pusztán azért, mert ez logikus és áttekinthető.) Azt azonban fontos megjegyezni, hogy a transzpozíció végbemehet közvetlenül DNS -> DNS másolatok (transzpozonok), vagy DNS -> RNS -> DNS másolatok (retroelemek) révén.

   
     

DNS -> DNS

Az insertált szekvenciák (insertion sequences) a legegyszerűbb transzponálódó elemek. Hosszúságuk 700 - 2500 bp között változik, jelenlétüket kimutatták baktériumokban, bakteriofágokban, plasmidokban és a kukoricában. (Baktériumban az inzertált szekvencia jele: IS, melyet a típus száma követ.) Az insertált szekvenciák a transpozáz enzimet kódoló DNS-en kívül nem tartalmaznak genetikai információt, (az insertált szekvenciák beépülését baktériumban a transzpozáz enzim katalizálja). www

   
     

A transzpozonok 2500 - 7000 bp hosszúságú mobilis elemek, amelyek a genomban általában szétszóródott repetitiv szakaszok családjaiként találhatók. A transpozonok a transzpozícióhoz szükséges géneken kívül egyéb géneket (exogenous genes) is tartalmaznak. (Baktériumban a transzpozon jele: Tn, melyet a típus száma követ.) A baktériumok transzpozonjai például tartalmazhatnak olyan géneket, amelyek rezisztenciát hordoznak. Ezek a rezisztencia transzpozonok a plasmidokkal jutnak át egyik sejtből a másikba, és ezáltal egy baktérium populációban bizonyos rezisztenciák igen gyorsan elterjedhetnek. Számos bakteriofág valójában nem egyéb, mint transzpozon.

Sok eukarióta transzpozon két végén szimmetrikusan, rövid ismétlődő szekvenciák találhatók. Vannak olyanok is, amelyek végei aszimmetrikusak. Az állatok, növények és gombák genomjában a transzpozonok nagyon elterjedtek. A Drosophila melanogaster genomjában például 50-100 különböző transzpozon többszörös másolatát írták le. Az állatokban leírt transzpozonok egy része intront is tartalmaz. A transzpozíció mechanizmusának részletei még nem ismeretesek.

   
     

DNS -> RNS -> DNS

A retroelemek olyan DNS vagy RNS mobilis szekvenciák, amelyek tartalmazzák, vagy eredetileg tartalmazták a reverz transzkriptáz enzim génjét. Ez az enzim katalizálja az RNS-ről DNS-re másolást, az így keletkező DNS szakaszt komplementer DNS-nek (cDNS) nevezik. A retroelemek sokfélék és sokféleképpen osztályozhatók.

Retropozonok (retroelemek terminálisan ismétlődő szekvenciák nélkül)

A retropozonok hiánytalan kópiája kódolja mindazokat a fehérjéket, amelyek a reverz transzkripcióhoz szükségesek, sok változatuk azonban defektes.

A Drosophila melanogaster  G3A jelű eleme például hiánytalan retropozon. Ez a szekvencia két ORF-et (open reading frame = nyitott leolvasási keret) tartalmaz. Az egyik ORF szekvenciája nagyon hasonlít a retrovírusok pol génjére.

Az emberi genomban van egy olyan kb. 6 kb hosszúságú szekvencia, amelyből a haploid genom kb. 100000 másolatot tartalmaz. Ehhez hasonló hosszú, szétszórt, repetitív szekvenciákat minden emlősben, az erszényesekben is találtak, és jellemzői alapján LINE szekvenciáknak nevezik ezeket (long interspersed repetitive sequence = hosszú, szétszórt, repetitív szekvencia). Az emberi LINE, amit L1-el jelölnek, két nyitott leolvasási keretet (ORF) tartalmaz. A nagyobbik ORF 1300 kodonból áll, és ezek szekvenciája a reverz transzkriptáz enzimek kódjára hasonlít. Bár az L1 szekvenciák zöme sohasem íródik át, a reverz transzkriptáz enzimmel való hasonlóság alapján feltételezhető, hogy a LINE szekvenciák eredetileg reverz transzkripcióval keletkeztek.

 

Retrotranszpozonok (retroelemek terminálisan ismétlődő szekvenciákkal)

A retropozonokkal lényegében megegyező szekvenciák, azzal a különbséggel, hogy a retrotranszpozonok terminálisan hosszú ismétlődéseket tartalmaznak (long terminal repeats = LTR), amelyek a transzkripciót elősegítő promótereket tartalmaznak. Tipikus retrotranszpozon pl. a Drosophila copia nevű szekvenciája, amelynek mindkét végén LTR van, és egyetlen ORF-et tartalmaz, amely a retrovírusok pol génjére hasonlít.

Az irodalomban a retropozonokat és a retrotranszpozonokat sokszor egyaránt retrotranszpozonnak nevezik. A lényeg végül is nem az elnevezés, hanem az, hogy az egyik csoport tartalmaz, a másik pedig nem tartalmaz LTR-t.

 

Retrovírusok

A retrovírusok RNS vírusok, amelyek szerkezete a transzpozonokéra emlékeztet. A retrovírus sejtbe bejutott RNS-ről reverz-transzkripcióval DNS készül, amely beépülhet a gazda genomjába, és ezzel provírussá válik. A következő lépésben a provírus DNS átíródik RNS-re, amely egyrészt a vírus struktúrfehérjéinek szintetizálásában mint mRNS játszik szerepet, másrészt ez lesz az új vírusgeneráció genomja is. Az RNS a szintetizált fehérjékkel beburkolva ismét fertőzőképessé válik, és újabb sejteket támadhat meg. A retrovírusok legalább három gént tartalmaznak, amelyek enzimet, belső struktúrfehérjét és külső burkoló fehérjét kódolnak.

A pararetrovírusok struktúrálisan a retrovírusokhoz hasonlítanak, azonban genomjuk nem képes a gazda genomjába beékelődni (ilyen pl. a hepatitis B vírus). A pararetrovírusok ezért nem tekinthetők transzponálódó elemnek, bár nyilvánvaló evolúciós hasonlóságot mutatnak a retrovírusokkal.

   
     

Retronok

A retronok a legegyszerűbb retroelemek, ORF-jük a reverz transzkriptáz kódjára emlékeztet, LTR-jük azonban nincs. A retronok a genom integráns részei. Baktérium és növényi mitochondriumban mutattak ki retronokat.

A retroelemek reverz transzkriptázának hasonlósága közös evolúciós eredetre utal. Az evolúció egyik lehetséges iránya a retronoktól halad a vírusokig, abból a meggondolásból, hogy a retronok a legegyszerűbb elemek, valamint, hogy ezek az ősi baktériumokban vannak jelen (Temin, 1989).

Természetesen más út is elképzelhető. Nem zárható ki pl. az a lehetőség, hogy a ma jelen lévő retrotranszpozonok mindegyike, vagy egy részük retrovírusokból alakultak ki.

 

Retroszekvenciák

A retroszekvenciák (más néven retrotranszkriptek) olyan DNS szakaszok, amelyek az RNS-ről reverz transzkripcióval és az ezt követő beékelődéssel jöttek létre, azonban reverz transzkriptáz aktivitásuk nincs. Származásuk, tehát hogy eredetileg RNS-ről íródtak át, szerkezetükön egyértelműen látszik. A retroszekvenciák közös tulajdonsága, hogy

  1. nem tartalmaznak intront
  2. a 3' végen poly-A szakaszt tartalmaznak
  3. mindkét végen rövid direkt ismétléseket tartalmaznak, ami a transzpozícióra utal
  4. számos post-transzkripciós módosításon mentek át
  5. a kromoszómán más helyén vannak, mint az a gén, amiről az RNS átírás történt 

Kétféle retroszekvenciát szokás megkülönböztetni: a retrogéneket és a retropseudogéneket.

 

Retrogének

A retrogének olyan funkcionális DNS retroszekvenciák, amelyek az eredeti gén által kódolt fehérjével megegyező, vagy ahhoz hasonló fehérjéket kódolnak. A retrogének azonban többnyire nem őrzik meg eredeti normális működésüket. Ennek oka az, hogy

  1. a reverz transzkripció meglehetősen pontatlan
  2. rendszerint nem tartalmazzák az át nem íródó részek szabályozó szekvenciáit (kivéve, ha a reverz transzkripció RNS polimeráz í-mal történt)
  3. a retrogén gyakran olyan környezetbe kerül új helyén a kromoszómán, ahol nem képes expresszióra

A retrogéneket szokás processzált géneknek is nevezni, mert a mintául szolgáló RNS szekvencia érése normálisan végbemehet a reverz transzkripciót megelőzően és a pszeudogén szerkezete az érést tükrözi (pl. intronok hiányoznak, poli-A farok).

Nem gyakori, de találtak szabályosan működő retrogéneket is.

 

Retropseudogének 

A retropseudogének olyan retroszekvenciák, amelyek minden funkciót elvesztettek. A retrogének és retropseudogének közötti különbségtétel gyakran önkényes, és az irodalomban nem általánosan elfogadott ezek megkülönböztetése. Érdemes azonban megjegyezni a következőket: a retrogén egy valódi génről átíródott RNS szekvenciáról íródik vissza, és ebben az értelemben tényleges másolata egy valódi génnek. A retropszeudogén ugyanakkor bármilyen RNS szekvenciáról átíródott DNS szakasz lehet. A mRNS-en kívül, bármely más RNS (tRNS, rRNS, snRNS, 7SL RNS) is visszaíródhat valamilyen hiba következtében DNS-sé, és ez a szakasz a kromoszómába beépülve a retropseudogén.

Találtak például olyan retropszeudogéneket, amelyek egyértelműen funkcionális tRNS-ről íródtak vissza. Minden nukleáris tRNS 3' végén egy CCA triplet van, amely a transzkripciót követően enzimatikusan kerül a tRNS-re. A CCA tripletet tehát a tRNS-t meghatározó DNS nem tartalmazza. Ezzel szemben, sok pszeudogénen jelen van a CCA triplet, ami bizonyítja, hogy nem az eredeti tRNS-t kódoló génből származtak, hanem közvetlenül tRNS-ről íródtak át.

 


 

 

   

További olvasmányok

angolul:
http://www.bio.brandeis.edu/classes/biol122a/Transposition.htm
http://www.bact.wisc.edu/MicrotextBook/BactGenetics/transpmodels.html
http://www.bio.brandeis.edu/classes/biol122a/Lecturerepeats.htm

magyarul:
Élet és Tudomány, GENETIKAI POTYAUTASOK www

   
     
     
     

 

Szerző: Kabai Péter
Szerkesztő:Kabai Péter
Megírás: 91-01-30
Módosítás: .

 

 

 

 

 

 

 

{.