Wykład XI

Informacja genetyczna nie zawsze przepływa od DNA przez RNA do białka

W 1964r Howard Temin wykrył, że u RNA wirusów namnażanie jest hamowane zarówno przez inhibitory replikacji DNA jak i przez inhibitory transkrypcji RNA

0. co wskazywało że do ich namnażania jest potrzebna i replikacja i transkrypcja.

1. To nasunęło przypuszczenie, o odwrotnym kierunku przepisywania inf genet,

2. od RNA do DNA.

0. Howard Temin and David Baltimore independently discover reverse transcriptase in RNA viruses.

1. The enzyme, reverse transcriptase, uses single stranded RNA as a template to synthesize a single stranded DNA complement

With Dulbecco, Baltimore and Temin are awarded the Nobel Prize in Medicine or Physiology in 1975

0. 
   
   
   
   
   H. Temin hipotetycznie

założył istnienie form pośrednich

w trakcie replikacji tych wirusów

i nazwał je DNA prowirusami

oraz istnienie enzymu syntetyzującego DNA na matrycy RNA.

0. Enzym ten nazwał odwrotną transkryptazą

1. Czyli jest to polimeraza DNA zależna od RNA

0. Po wniknieciu RNA wirusa następuje synteza pojedynczej nici DNA na matrycy RNA przy udziale odwrotnej transkryptazy.

1. Następnie RNA ulega degradacji, a na DNA nic komplementarna i tak powstaje prowirus DNA.

2. .

DNA prowirus zostaje włączony do genomu gospodarza

0. w procesie transkrypcji i translacji powstaje osłonka białkowa dla nowych cząsek wirusa,

1. część RNA po transkrypcji zostaje otoczona osłonką i tak powstają komplementarne cząsteczki nowego wirusa.

0. Początkowo sądzono, że ten odwrotny proces zachodzi tylko u wirusów RNA.

1. Obecnie wiadomo, że ten enzym powszechnie występuje również u eukariontów

2. i ma związek m. in. z ruchomymi elementami w genomach - transpozonami.

Już na początku lat 50-tych Barbara Mc Clintok zauważyła, że pewne geny spontanicznie włączają się lub wyłączają

0. Wywnioskowała, że jest to

spowodowane przemieszczaniem

się genów i zmianą ich położenia

w chromosomach.

Nobel 1983.

Transpozony DNA- ruchome elementy genetyczne

0. – są to sekwencje DNA, replikujące się i wbudowujące się w różne miejsca genomu czyli zmieniające miejsce lokalizacji w genomie.

1. Są to odcinki DNA złożone z setek a nawet tysięcy pz, które ulegają przemieszczeniu się czyli transpozycji.

Transpozony

0. mogą wywoływać znaczne zmiany w strukturze genomów -inwersje, delecje i duplikacje dużych odcinków DNA.

0. Jeżeli wbudują się w obrębie funkcjonalnego genu to doprowadzają do rearanżacji informacji genetycznej i w konsekwencji nawet do groźnych zmian chorobowych,

1. być może są jednym z głównych źródeł zmian ewolucyjnych.

Transpozycja z pośrednictwem RNA nazywa się retrotranspozycją.

0. Są trzy etapy retrotranspozycji:

1. 1. Kopia transpozonu jest syntetyzowana w normalnym procesie transkrypcji,

2. 2. transkrypt (RNA) jest kopiowany na cDNA z udziałem odwrotnej transkryptazy, który na początku istnieje jako niezależna cząsteczka poza genomem.

Odwrotna transkryptaza

0. Często enzym ten jest kodowany przez gen znajdujący się w obrębie transpozonu

1. i podlega translacji z kopii RNA syntetyzowanej w etapie 1.
   
   
   

Trzeci etap retrotranspozycji

0. 3. Kopia DNA transpozonu włącza się do genomu – albo do tego samego chromosomu, który zajmuje jednostka wyjściowa, albo do innego.
   
   
   

1. W efekcie wystąpią dwie kopie transpozonu, w różnych miejscach genomu.

0. Retrotranspozony RNA = retroelementy są cechą charakterystyczną genomów eukariotycznych i retrowirusów

Transpozony DNA

0. Wiele spośród transpozonów ma zdolność do transpozycji bezpośrednio z DNA na DNA.

0. Transpozony DNA w genomach eukariotycznych są mniej rozpowszechnione niż retrotranspozony.

Transpozony DNA

0. Są powszechne u prokariota i stanowią ważną część ich genomu.

1. Sugerują możliwość przekazywania genów czyli bezpośrednie przemieszczanie się sekwencji DNA z genomu jednego gatunku do drugiego.

Są dwa mechanizmy takiej transpozycji:

0. -transpozycja replikacyjna:

1. - polega na powstaniu kopii transpozonu,

2. oryginalny transpozon pozostaje na miejscu,

3. jego kopia włącza się w inne miejsce genomu

0. -tr. konserwatywana (niereplikacyjna), która polega na wycięciu elementu i wstawieniu go w inne miejsce.

Przykład transpozycji
1. Niereplikacyjnej, 2. Replikacyjnej

0. .

U prokariota transpozony zawierają gen dla transpozazy.

0. U E. coli występują transpozony złożone,

1. Zawierają na obu końcach sekwencje powtarzalne w układzie odwróconym IR (inverted repeats)

2. 1 lub kilka genów na transpozazę.

0. Transpozony złożone stosują konserwatywny mechanizm transpozycji.
   Transpozaza rozpoznaje obie sekwencje terminalne oraz akceptorowe na DNA biorcy i w ich miejscu przecina nić DNA umożliwiając włączenie transpozonu.

Sekwencje akceptorowe=docelowe

0. Są to sekwencje na DNA biorcy

0. Rozpoznawane przez transpozazę

0. U E. coli 9pz

Podczas wbudowywania transpozonu następuje podwojenie sekwencji akceptorowej tak, że w efekcie transpozon w nowym położeniu jest oflankowany przez dwie sekwencje docelowe.

Transpozony typu Tn3 mają gen transpozazy

0. i nie wymagają do transpozycji flankujących elementów IR,

1. podlegają transpozycji replikacyjnej.

Trzeci typ transpozonów DNA

0. to-fagi zdolne do transpozycji - są wirusami bakteryjnymi,

1. które podlegają transpozycji replikacyjnej,

2. a która jest częścią ich cyklu zakażającego.

PSEUDOGENY

0. sekwencje nukleotydów które kodowały kiedyś funkcjonalny produkt, ale na skutek mutacji utraciły tę zdolność.

1. Pseudogeny nie posiadają promotora oraz intronów,

2. na końcu 3’ jest sekwencja poliA.

Pseudogeny

0. powstają na drodze duplikacji genu i uszkodzenia tej dodatkowej kopii genu,

1. lub na drodze retrotranskrypcji,

2. czyli odwrotnej transkrypcji mRNA danego genu i integracji do genomu.

3. Retropseudogeny nie posiadają sekwencji regulatorowych.

Genomy wirusów