Transposons Elements: Typer, Kategorier og Eksempel

Læs denne artikel for at lære om typer, kategorier og eksempler på transposoner elementer!

I både prokaryote og eukaryote genomer er visse gener (nukleotidsekvenser) i stand til at bevæge sig fra et sted til et andet inden for samme kromosom eller mellem forskellige kromosomer ud over at skabe mutationelle eller regulatoriske ændringer på steder, hvor de indsætter deres evne til at overføre gener fra en placering til en anden har givet dem kælenavnet hoppende gener.

Disse mobile elementer er blevet kaldt 'mobile elementer', 'casettes', insertionsekvenser 'og' transposons '. Det formelle navn for denne familie af mobile gener er transponible elementer, og deres bevægelse kaldes transposition.

Betegnelsen transposon blev dannet af Hedges og Jacob i 1974 for et DNA-segment, der kunne flytte fra et DNA-molekyle (eller kromosom) til anden og båret resistens for antibiotisk ampicilin.

McClintocks arbejde (på transposoner):

Transposoner blev først identificeret i maj af Barbara McClintock (hun kaldte dem kontrollerende elementer) i slutningen af 1940'erne. Hun analyserede et to-enhedssystem af kontrollerende elementer (nu kaldet transposoner) i majs. Hun fandt, at dissociationsgenet (Ds) i det 9. kromosom forårsagede kromosombrud på det sted, hvor den var placeret.

Men Ds var kun aktive i nærvær af et Activator-gen (Ac), som kunne være placeret på nogen af de andre kromosomer. Når både Ds og Ac var til stede, førte tabet af en del af det 9. kromosom ofte til observerbare effekter. For eksempel hæmmer den dominerende allel C 'ved C-locuset på det 9. kromosom farvet dannelse, således at C-kerne er farveløse.

En CC endosperm-kerne befrugtet af en C'-bærende pollenkern ville derfor danne en CCC 'farveløs endosperm. Hvis imidlertid pollenen bærer Ds ved eller i nærheden af C-locus, ud over et Ac-gen, vil der blive dannet mange kerner, i hvilke farvede pletter optrådte. Disse pletter repræsenterede tabet af C'-allelen på et bestemt stadium under udvikling, hvilket muliggør farvdannelse.

I modsætning til doseringseffekten af Ds og forøgelse i doseringen af Ac producerede ingen tilsvarende stigning i pigmentering. Faktisk tre doser af Ac førte til dannelsen af kerner, der kun viste meget små pletter. Dette blev fortolket til at betyde, at da dosis af Ac øget, blev kromosombruddet initieret af Ds udskudt til senere udviklingsstadier.

På grund af deres virkning på andre gener kaldte McClintock disse enheder "kontrollerende elementer". I et tilfælde (Ds) fungerer de styreelementer på sine nærmeste naboer, og i andre tilfælde (Ac) kan styreelementet virke i afstand. Som det fremgår af doseringseffekten af Ac, kan et styreelement også bestemme tidspunktet for genaktivitet.

McClintock konkluderede, at de kontrollerende elementer ca virker i en afstand. Som det fremgår af doseringseffekten af Ac kan et regulerende element også bestemme tidspunktet for genaktivitet. McClintock konkluderede, at de kontrollerende elementer er gener, der regulerer andre geners aktivitet på meget basale niveauer ud over mutabilitet.

Typer af transponable elementer:

Transposable elementer er af to hovedtyper:

1. Indsætningssekvenser (Is) eller Simple Transposons.

Indsætningssekvenser er kort DNA på ca. 800-1400 bp og har evnen til at transponere. De fremmer også rekombination mellem ikke-homologe kromosomer og anses for at være involveret i integrationen af episomer i bakterielle kromosomer.

Der er forskellige insertionssekvenser som IS1, IS2, IS3, IS4 og så videre i E. coli. For nylig er IS21 blevet rapporteret i bakterier af Willetts etal., (1981). IS-elementer har 9-40 bp inverse gentagelser (således at en bestemt IS-element har en tilsvarende rækkefølge i hver ende, men i omvendt rækkefølge) i deres to ender.

IS-elementer forekommer på mange steder i E. coli-kromosomet, men deres fordeling er ikke tilfældig; de synes at være præferenceintegrerede på visse steder. Integration af et IS-element i et gen ødelægger dets funktion. IS-elementer menes at være ansvarlige for en mærkbar brøkdel af spontane genmutationer i bakterier og bakteriofager.

IS-elementer er normale bestanddele af bakterielle kromosomer, plasmider og endda fag. IS-elementer koder for kun de proteiner, der er nødvendige for deres gennemførelse. For eksempel har IS1 to gener, der koder for proteinerne InsA og InsB, som er nødvendige for dets gennemførelse. Andre IS-elementer indeholder kun en enkelt lang kodende region, som koder for transposasen, som sponsorerer deres gennemførelse.

Indføring af et IS-element i et kromosom genererer en kort (normalt 5 eller 9 bp) direkte gentagelser, der flankerer IS-elementet. Når dette IS-element transponerer, forbliver denne direkte gentagelse på stedet for indsættelsen i værtschromosomet. De fleste IS-elementer indsættes på forskellige steder inden for host-DNA, men nogle elementer viser forskellige præferencer for bestemte hot spots.

(2) Transposoner (Tn) eller komplekse transposoner:

Transposoner (Tn) er mere komplekse transponeringselementer; De er normalt mere end 2000 bp lange, bærer en eller flere gener uden relation til deres transponabilitet (fx gener til antibiotikaresistens) og har gentagne elementer gentaget i deres ender.

IS-elementerne i de to ender af et Tn-element kan enten være i samme orientering (direkte terminale gentagelser) f.eks. IS1 i enderne af Tn 9 af E. coli eller i modsat orientering (inverse terminale gentagelser) f.eks. IS10 i Tn 10 af E. coli.

Integration af transposoner til et kromosom ledsages af en duplikering af sædvanligvis 5-9 bp af kromosomet umiddelbart ved siden af enderne af Tn-elementerne. Transponible elementer findes i eukaryoter, f.eks. Majs, gær, Drosophila osv., Og DNA-genomerne af visse kræftfremkaldende virus (retrovirus) er ens i struktur til bakterielle Tn-elementer.

De kontrollerende elementer af eukaryoter kaldes også transponeringselementer og er ens i struktur til den bakterielle transposon ( _Tn- elementer). I nogle transposoner er IS-elementerne i begge ender identiske, f.eks. IS1 i Tn9, men i andre kan de være nært beslægtede, men ikke identiske, f.eks. IS 10L og IS 10R i Tn 10. Når de to IS elementer af en transposon er identisk, enten element kan sponsorere transposition, men når de er forskellige, kan de afvige i funktionelle evner, således at transpositionen hovedsageligt kan afhænge af et af de to elementer.

De generelle hændelser under indsættelsen af transponer er som følger:

1. Staggerede pauser produceres i mål-DNA'et

2. Transposonerne forbindes til de udragende enkeltstrengede ender og

3. De resterende huller fyldes derefter ved at generere gentagelserne af mål-DNA ved insertionsstedet.

Gennemførelsen kan enten være konservativ eller replikativ. Ved konservativ gennemførelse bevæger transposonerne sig ud af stedet og indsættes i et nyt site, der efterlader en dobbeltstrengspause i mål-DNA'et på det tidligere sted.

Den dobbeltstrengspause, der er produceret, kan eller ikke repareres f.eks. IS10, Tnl0 osv. Men i den replikative gennemførelse produceres en ny kopi af transposonet, som indsætter på et nyt målsted. Som følge heraf forbliver det oprindelige websted uændret. En gruppe transposoner relateret til Tn A-bevægelse på denne måde.

De kontrollerende elementer af majs og andre eukaryoter kan grupperes i to klasser: (1) autonome og (2) ikke-autonome. Autonome elementer har evnen til at opkræve og transponere. Men de ikke-selvstyrende elementer har ikke evnen til at gennemføre; de transponerer kun, når et selvstændigt medlem af samme familie er til stede andetsteds i genomet. De ikke-autonome elementer kan udledes af autonome elementer ved tab af transaktionsfunktioner, der er nødvendige for gennemførelse.

Kategorier:

Eukaryotiske genomer har også en række transponeringselementer, der falder ind i følgende to kategorier:

1. Transposons:

De er sammenlignelige med de bakterielle transposoner og har intet liv uden for genomet, f.eks. De kontrollerende elementer af majs. Sammen med de bakterielle transposoner og IS-elementer udgør de en gruppe af elementer, der ofte betragtes som egoistisk DNA, da de hovedsageligt beskæftiger sig med deres egen formering.

2. Retroposoner:

Disse elementer er enten DNA-kopier af RNA-virus kaldet retrovirus eller derivater fra sådanne kopier og kan endda have mistet evnen til at transponere. Disse elementer genererer også korte direkte gentagelser af mål-DNA under deres indsættelse.

Eksempel på en transposon:

Tn3 transposon af E. coli. Den molekylære struktur af denne transposon er blevet udarbejdet. Tn3 har 4957 bp og indeholder tre gener, såsom tnpA, tnpR og bla, der koder for henholdsvis de følgende proteiner; transposase med 1015 aminosyrer og kræves til transponering; en repressor (eller resolvase) indeholdende 185 aminosyrer, som regulerer transposase- og β-lactamaseenzymet, som giver resistens overfor antibiotikap Ampicillin. Omvendt gentagelse på ca. 38 bp forekommer på begge sider af Tn 3.