Wędrujące geny

•

Geny wędrujące

–

Zdolne do zmieniania położenia w obrębie genomu

–

Przenoszą się za pomocą mechanizmu rekombinacji

–

Lub retrotranspozycji

–

Uczestniczą w powstawaniu powtarzających się
sekwencji

•

Przemieszczanie się krótkich fragmentów DNA

jest zjawiskiem częstym

–

Bakterie: koniugacja, wymiana plazmidów, transfekcja

poprzez bakteriofagi,

–

Organizmy wyższe: wirusy, przenoszenie

–

Przedostawanie się DNA genomowego do

bakteriofagów i wirusów

•

Przemieszczanie się DNA wykorzystuje istniejące

mechanizmy komórkowe, ale może też przebiegać
niezależnie od nich

Rearanżacja sekwencji
DNA

Główne przyczyny zmian
w obrębie genomu:

•

przemieszczanie się tzw.

transposonów

•

nierównomierny

crossing-over w czasie
rekombinacji

Transposony

•

Fragmenty DNA zdolne do
przemieszczania się w obrębie genomu

•

Do przemieszczania się nie wymagaja
wektorów (fagów, plazmidów)

•

Nie wymagają sekwencji homologicznych

Klasy transposonów

•

Transposony

–

Występują u prokariota i eukariota

–

Nie wymagają transkrypcji do

przemieszczania

•

Retrotransposony

–

Wywodzą się z retrowirusów,

–

Mechanizm ich przemieszczania się zawiera

transkrypcję i retrotranskrypcję na DNA

Transposony

•

Bakteryjne – niosą geny kodujące białka
niezbędne do procesu transpozycji

•

Eukariotyczne - na ogół zbudowane są
podobnie, czasem wymagają pewnych
enzymów gospodarza, kodowanych w
innych częściach genomu (polimerazy,
gyrazy, ligazy)

Transposony są liczne

•

Genom muszki owocowej zawiera więcej niż 50
typów transposonów (setki indywidualnych
kopii takich elementów)

Trasposony

•

Obecność transposonów jest
prawdopodobnie neutralna dla organizmu

•

Przemieszczają się niezależnie,

•

Stanowią miejsca rekombinacyjne w
genomie (przenośne regiony homologii)

•

Duplikują się w procesach rekombinacji

Najmniejsze transposony

sekwencje IS

•

Sekwencja insercyjna (IS) mały bakteryjny transposon

niosący jedynie gen swojej własnej transpozycji

•

Końcowe powtórzenia odwrócone (inverted terminal

repeats) krótkie sekwencje identyczne lub o wysokim

stopniu homologii występujące w orientacji odwróconej

na końcach wielu transposonów

•

Powtórzenia proste (direct repeat) powstają w genomie

w procesie transpozycji

•

Transpozaza – enzym, którego aktywność jest

niezbędna do zajścia transpozycji

Sekwencje insercyjne są najprostszymi modułami transposonalnymi

Transpozycja zdarza się z częstoscią
10

-3

– 10

-4

na generację

Transposony złożone zawierają moduły IS

Ramiona transposonu zawierają sekwencje IS i mogą
pojawiać się w układzie „direct” albo „inverted”

Transposony złożone zawierają moduły IS

Transposony złożone mogą przenosić dowolną sekwencję

leżącą między sekwencjami IS

Powstawanie powtórzeń prostych (direct repeats) w procesie transpozycji

Typy procesów
transpozycji

Transpozycja replikatywna

Transpozycja niereplikatywna

Transpozycja niereplikatywna z
zachowaniem wiązań

Proces transpozycji może powodować dalsze rearanżacje genomu

Obecnośc dwóch jednakowych transposonów w niewielkiej odległości
sprzyja rekombinacji homologicznej w której zajdzie delecja materiału
leżącrgo między transposonami

Zmiana polarności fragmentu między sekwencjami pdwróconymi w
procesie rekombinacji homologicznej

Proces transpozycji zaczyna się zawsze od wprowadzenia pojedynczoniciowych
nacięć w transposonie i w cząsteczce docelowej

Molekularne podłoże procesów

transpozycji zostało rozpoznane
na przykładzie faga Mu

1.

Wiązanie transpozazy MuA (trzy
miejsca wiązania na obu kńcach)

2.

Powstanie tetrameru

3.

Nacięcie nici na końcach przez
cząsteczki transpozazy związane
z inną częścią

4.

Stworzenie kompleksu z
sekwencją docelową

5.

MuB uczestniczy w wyborze
sekwencji docelowej

Traspozycja replikatywna przebiega z integracją cząsteczek
transposonu i sekwencji docelowej

Transpozycja replikatywna

1. Początkowe etapy takie same jak w
transpozycji niereplikatywnej
2. Wolne końce 3’ stają się początkami
replikacji
3. Replikacja po rozpoczętej transpozycji
powoduje połączenie dwóch replikonów
(struktura kointegratu)
4. Rozdzielenie replikonów następuje na
drodze rekombinacji
5. Enzym uczestniczący w procesie
rekombinacji - rezolwaza

Transpozycja niereplikatywna z wytworzeniem wiązania krzyżowego

Pozostawia dwuniciowe pęknięcia

Transposon Tn10 przemieszcza się poprzez podwójnoniciowe nacięcie

Pozostawia
dwuniciowe
pęknięcie

Mechanizm „cut and paste”

Transposon Tn5 jest wycinany z przejściowym tworzeniem struktury „Hairpin”

Transpozazy kodowane przez Tn5 i Tn10 działają jako dimery

Retrotransposony

Należą do sekwencji, które do
przeniesienia wymagają
transkrypcji

Sekwencje LINE

ORF1 z sekwencji LINE

Sekwencje Alu

Sekwencje Alu są transposonami ludzkimi
300 pz
Transkrybowane przez polimerazę III
Przemieszczają się przy pomocy reverse transkryptazy kodowanej w w
innych regionach genomu komórki

i endonukleazy kodowanej przez sekwencje LINE

Mechanizmy regulujące ekspresję transpozaz

Proces transpozycji jest kontrolowany przez elementy
regulujące ekspresję transpozaz

Transposon Tn10 ma dwa promotory (IN i OUT) o różnej wydajności rozpoczynania
transkrypcji. Transkrypt z promotora OUT działa jako RNAi dla transkryptu IN (tworzy
strukturę podwójnoniciową i powoduje degradację mRNA transpozazy)