Wykład XI

Wykład XI

Informacja genetyczna

Informacja genetyczna

nie zawsze przepływa

nie zawsze przepływa

od DNA przez RNA do

od DNA przez RNA do

białka

białka

W 1964r Howard Temin wykrył, że u

W 1964r Howard Temin wykrył, że u

RNA wirusów namnażanie jest

RNA wirusów namnażanie jest

hamowane zarówno przez inhibitory

hamowane zarówno przez inhibitory

replikacji DNA jak i przez inhibitory

replikacji DNA jak i przez inhibitory

transkrypcji RNA

transkrypcji RNA

co wskazywało że do ich namnażania

co wskazywało że do ich namnażania

jest potrzebna i replikacja i

jest potrzebna i replikacja i

transkrypcja.

transkrypcja.

To nasunęło przypuszczenie, o

To nasunęło przypuszczenie, o

odwrotnym kierunku przepisywania inf

odwrotnym kierunku przepisywania inf

genet,

genet,

od RNA do DNA

od RNA do DNA

.

.

Howard Temin and David Baltimore

Howard Temin and David Baltimore

independently discover reverse

independently discover reverse

transcriptase in RNA viruses.

transcriptase in RNA viruses.

The enzyme, reverse transcriptase,

The enzyme, reverse transcriptase,

uses single stranded RNA as a

uses single stranded RNA as a

template to synthesize a single

template to synthesize a single

stranded DNA complement

stranded DNA complement

With Dulbecco, Baltimore and Temin are

With Dulbecco, Baltimore and Temin are

awarded the Nobel Prize in Medicine or

awarded the Nobel Prize in Medicine or

Physiology in 1975

Physiology in 1975

H. Temin hipotetycznie

H. Temin hipotetycznie

założył istnienie form pośrednich

założył istnienie form pośrednich

w trakcie replikacji tych wirusów

w trakcie replikacji tych wirusów

i nazwał je DNA

i nazwał je DNA

prowirusami

prowirusami

oraz istnienie enzymu syntetyzującego

oraz istnienie enzymu syntetyzującego

DNA na matrycy RNA.

DNA na matrycy RNA.

Enzym ten nazwał odwrotną

Enzym ten nazwał odwrotną

transkryptazą

transkryptazą

Czyli jest to polimeraza DNA zależna

Czyli jest to polimeraza DNA zależna

od RNA

od RNA

Po wniknieciu RNA wirusa następuje

Po wniknieciu RNA wirusa następuje

synteza pojedynczej nici DNA na

synteza pojedynczej nici DNA na

matrycy RNA przy udziale odwrotnej

matrycy RNA przy udziale odwrotnej

transkryptazy.

transkryptazy.

Następnie RNA ulega degradacji, a

Następnie RNA ulega degradacji, a

na DNA nic komplementarna i tak

na DNA nic komplementarna i tak

powstaje prowirus DNA.

powstaje prowirus DNA.

.

.

DNA prowirus zostaje włączony do

DNA prowirus zostaje włączony do

genomu gospodarza

genomu gospodarza

w procesie transkrypcji i translacji

w procesie transkrypcji i translacji

powstaje osłonka białkowa dla

powstaje osłonka białkowa dla

nowych cząsek wirusa,

nowych cząsek wirusa,

część RNA po transkrypcji zostaje

część RNA po transkrypcji zostaje

otoczona osłonką i tak powstają

otoczona osłonką i tak powstają

komplementarne cząsteczki nowego

komplementarne cząsteczki nowego

wirusa.

wirusa.

Początkowo sądzono, że ten odwrotny

Początkowo sądzono, że ten odwrotny

proces zachodzi tylko u wirusów RNA.

proces zachodzi tylko u wirusów RNA.

Obecnie wiadomo, że ten enzym

Obecnie wiadomo, że ten enzym

powszechnie występuje również u

powszechnie występuje również u

eukariontów

eukariontów

i ma związek m. in. z ruchomymi

i ma związek m. in. z ruchomymi

elementami w genomach -

elementami w genomach -

transpozonami.

transpozonami.

Już na początku lat 50-tych Barbara Mc

Już na początku lat 50-tych Barbara Mc

Clintok zauważyła, że pewne geny

Clintok zauważyła, że pewne geny

spontanicznie włączają się lub

spontanicznie włączają się lub

wyłączają

wyłączają

Wywnioskowała, że jest to

Wywnioskowała, że jest to

spowodowane przemieszczaniem

spowodowane przemieszczaniem

się genów i zmianą ich położenia

się genów i zmianą ich położenia

w chromosomach.

w chromosomach.

Nobel 1983.

Nobel 1983.

Transpozony DNA

Transpozony DNA

- ruchome

- ruchome

elementy genetyczne

elementy genetyczne

–

–

są to sekwencje DNA, replikujące się i

są to sekwencje DNA, replikujące się i

wbudowujące się w różne miejsca

wbudowujące się w różne miejsca

genomu czyli zmieniające miejsce

genomu czyli zmieniające miejsce

lokalizacji w genomie.

lokalizacji w genomie.

Są to odcinki DNA złożone z setek a

Są to odcinki DNA złożone z setek a

nawet tysięcy pz, które ulegają

nawet tysięcy pz, które ulegają

przemieszczeniu się czyli

przemieszczeniu się czyli

transpozycji.

transpozycji.

Transpozony

Transpozony

mogą wywoływać znaczne zmiany w

mogą wywoływać znaczne zmiany w

strukturze genomów -inwersje,

strukturze genomów -inwersje,

delecje i duplikacje dużych odcinków

delecje i duplikacje dużych odcinków

DNA.

DNA.

Jeżeli wbudują się w obrębie

Jeżeli wbudują się w obrębie

funkcjonalnego genu to

funkcjonalnego genu to

doprowadzają do rearanżacji

doprowadzają do rearanżacji

informacji genetycznej i w

informacji genetycznej i w

konsekwencji nawet do groźnych

konsekwencji nawet do groźnych

zmian chorobowych,

zmian chorobowych,

być może są jednym z głównych

być może są jednym z głównych

źródeł zmian ewolucyjnych.

źródeł zmian ewolucyjnych.

Transpozycja z pośrednictwem RNA

Transpozycja z pośrednictwem RNA

nazywa się

nazywa się

retrotranspozycją.

retrotranspozycją.

Są trzy etapy retrotranspozycji:

Są trzy etapy retrotranspozycji:

1.

1.

Kopia transpozonu jest

Kopia transpozonu jest

syntetyzowana w normalnym procesie

syntetyzowana w normalnym procesie

transkrypcji,

transkrypcji,

2. transkrypt (RNA) jest kopiowany na

2. transkrypt (RNA) jest kopiowany na

cDNA z udziałem odwrotnej

cDNA z udziałem odwrotnej

transkryptazy, który na początku

transkryptazy, który na początku

istnieje jako niezależna cząsteczka

istnieje jako niezależna cząsteczka

poza genomem.

poza genomem.

Odwrotna transkryptaza

Odwrotna transkryptaza

Często enzym ten jest kodowany

Często enzym ten jest kodowany

przez gen znajdujący się w obrębie

przez gen znajdujący się w obrębie

transpozonu

transpozonu

i podlega translacji z kopii RNA

i podlega translacji z kopii RNA

syntetyzowanej w etapie 1.

syntetyzowanej w etapie 1.

Trzeci etap retrotranspozycji

Trzeci etap retrotranspozycji

3. Kopia DNA transpozonu włącza się do

3. Kopia DNA transpozonu włącza się do

genomu – albo do tego samego

genomu – albo do tego samego

chromosomu, który zajmuje jednostka

chromosomu, który zajmuje jednostka

wyjściowa, albo do innego.

wyjściowa, albo do innego.

W efekcie wystąpią dwie kopie transpozonu,

W efekcie wystąpią dwie kopie transpozonu,

w różnych miejscach genomu.

w różnych miejscach genomu.

Retrotranspozony RNA =

Retrotranspozony RNA =

retroelementy są cechą

retroelementy są cechą

charakterystyczną genomów

charakterystyczną genomów

eukariotycznych i retrowirusów

eukariotycznych i retrowirusów

Transpozony DNA

Transpozony DNA

Wiele spośród transpozonów ma zdolność do

Wiele spośród transpozonów ma zdolność do

transpozycji bezpośrednio z DNA na DNA.

transpozycji bezpośrednio z DNA na DNA.

Transpozony DNA w genomach

Transpozony DNA w genomach

eukariotycznych są mniej rozpowszechnione

eukariotycznych są mniej rozpowszechnione

niż retrotranspozony.

niż retrotranspozony.

Transpozony DNA

Transpozony DNA

Są powszechne u prokariota i

Są powszechne u prokariota i

stanowią ważną część ich genomu.

stanowią ważną część ich genomu.

Sugerują możliwość przekazywania

Sugerują możliwość przekazywania

genów czyli bezpośrednie

genów czyli bezpośrednie

przemieszczanie się sekwencji DNA z

przemieszczanie się sekwencji DNA z

genomu jednego gatunku do

genomu jednego gatunku do

drugiego.

drugiego.

Są dwa mechanizmy takiej

Są dwa mechanizmy takiej

transpozycji:

transpozycji:

-transpozycja replikacyjna:

-transpozycja replikacyjna:

- polega na powstaniu kopii

- polega na powstaniu kopii

transpozonu,

transpozonu,

oryginalny transpozon pozostaje na

oryginalny transpozon pozostaje na

miejscu,

miejscu,

jego kopia włącza się w inne miejsce

jego kopia włącza się w inne miejsce

genomu

genomu

-tr. konserwatywana

-tr. konserwatywana

(niereplikacyjna), która polega na

(niereplikacyjna), która polega na

wycięciu elementu i wstawieniu go w

wycięciu elementu i wstawieniu go w

inne miejsce.

inne miejsce.

Przykład transpozycji

Przykład transpozycji

1. Niereplikacyjnej, 2. Replikacyjnej

1. Niereplikacyjnej, 2. Replikacyjnej

.

.

U prokariota transpozony

U prokariota transpozony

zawierają gen dla transpozazy.

zawierają gen dla transpozazy.

U

U

E. c

E. c

oli występują

oli występują

transpozony

transpozony

złożone

złożone

,

,

Zawierają na obu końcach

Zawierają na obu końcach

sekwencje powtarzalne w układzie

sekwencje powtarzalne w układzie

odwróconym IR (inverted repeats)

odwróconym IR (inverted repeats)

1 lub kilka genów na transpozazę.

1 lub kilka genów na transpozazę.

Transpozony złożone stosują

Transpozony złożone stosują

konserwatywny mechanizm

konserwatywny mechanizm

transpozycji.

transpozycji.

Transpozaza rozpoznaje

Transpozaza rozpoznaje

obie

obie

sekwencje terminalne

sekwencje terminalne

oraz

oraz

akceptorowe na DNA biorcy i w

akceptorowe na DNA biorcy i w

ich miejscu przecina nić DNA

ich miejscu przecina nić DNA

umożliwiając włączenie

umożliwiając włączenie

transpozonu.

transpozonu.

Sekwencje akceptorowe=docelowe

Sekwencje akceptorowe=docelowe

Są to sekwencje na DNA biorcy

Są to sekwencje na DNA biorcy

Rozpoznawane przez transpozazę

Rozpoznawane przez transpozazę

U

U

E. coli

E. coli

9pz

9pz

Podczas wbudowywania transpozonu następuje

Podczas wbudowywania transpozonu następuje

podwojenie sekwencji akceptorowej tak, że w efekcie

podwojenie sekwencji akceptorowej tak, że w efekcie

transpozon w nowym położeniu jest oflankowany przez

transpozon w nowym położeniu jest oflankowany przez

dwie sekwencje docelowe.

dwie sekwencje docelowe.

Transpozony typu Tn3

Transpozony typu Tn3

mają gen

mają gen

transpozazy

transpozazy

i nie wymagają do transpozycji

i nie wymagają do transpozycji

flankujących elementów IR,

flankujących elementów IR,

podlegają transpozycji replikacyjnej.

podlegają transpozycji replikacyjnej.

Trzeci typ transpozonów DNA

Trzeci typ transpozonów DNA

to-fagi zdolne do transpozycji -

to-fagi zdolne do transpozycji -

są wirusami bakteryjnymi,

są wirusami bakteryjnymi,

które podlegają transpozycji

które podlegają transpozycji

replikacyjnej,

replikacyjnej,

a która jest częścią ich cyklu

a która jest częścią ich cyklu

zakażającego.

zakażającego.

PSEUDOGENY

PSEUDOGENY

sekwencje nukleotydów które

sekwencje nukleotydów które

kodowały kiedyś funkcjonalny

kodowały kiedyś funkcjonalny

produkt, ale na skutek mutacji

produkt, ale na skutek mutacji

utraciły tę zdolność.

utraciły tę zdolność.

Pseudogeny nie posiadają promotora

Pseudogeny nie posiadają promotora

oraz intronów,

oraz intronów,

na końcu 3’ jest sekwencja poliA.

na końcu 3’ jest sekwencja poliA.

Pseudogeny

Pseudogeny

powstają na drodze duplikacji genu i

powstają na drodze duplikacji genu i

uszkodzenia tej dodatkowej kopii

uszkodzenia tej dodatkowej kopii

genu,

genu,

lub na drodze retrotranskrypcji,

lub na drodze retrotranskrypcji,

czyli odwrotnej transkrypcji mRNA

czyli odwrotnej transkrypcji mRNA

danego genu i integracji do genomu.

danego genu i integracji do genomu.

Retropseudogeny nie posiadają

Retropseudogeny nie posiadają

sekwencji regulatorowych.

sekwencji regulatorowych.

Genomy wirusów

Genomy wirusów