bg‑turquoise

Co to są transpozony?

Regulacja ekspresji genów u eukariontów to proces złożony, który wiąże się m.in. z  wyłączaniem bądź obniżaniem transkrypcji jednych genów i jednoczesnym włączaniem lub podwyższaniem transkrypcji innych genów. Niektóre geny są włączane tylko w określonych rodzajach komórek lub na określonym etapie rozwoju osobnika. W procesie regulacji ekspresji wielu genów ważną rolę odgrywają transpozony.

Transpozony to ruchome elementy genetyczne, zwane również skaczącymi genami. Są one rozproszonymi fragmentami DNA, zdolnymi do transpozycjitranspozycjatranspozycji, czyli przemieszczania się po genomie. Występują u wszystkich organizmów. U prokariontów przemieszczają się z plazmidu na chromosom bądź z chromosomu na plazmid, u eukariontów zaś – z jednej części danego chromosomu w inną część tego samego chromosomu bądź z jednego chromosomu na drugi. Transpozony kodują białka, które pomagają im w transpozycji.

Więcej na temat regulacji ekspresji genów znajdziesz w e‑materiale Poziomy kontroli ekspresji genów u Eukaryota.

bg‑turquoise

Klasy transpozonów

Transpozony dzieli się na dwie klasy.

bg‑gray2

Transpozony klasy I (retrotranspozony)

Transpozony klasy I replikują się za pośrednictwem RNA. Zawierają gen kodujący odwrotną transkryptazęodwrotna transkryptazaodwrotną transkryptazę. Na matrycy DNA jest syntetyzowany fragment RNA, który stanowi matrycę do syntezy komplementarnego DNA (cDNAcDNAcDNA) podczas odwrotnej transkrypcji. Następnie cDNA zostaje zintegrowany z DNA genomowym przez enzym integrazęintegrazaintegrazę, również kodowany przez retrotranspozon.

R1WHLU6MueOKF1
Ilustracja interaktywna przedstawia transpozony klasy pierwszej, które są kopiowane i wstawiane do DNA docelowego. Na górze schematu jest DNA genomowy. Po jego lewej stronie znajduje się odcinek retrotranspozonu, po prawej stronie jest nowa kopia retrotranspozonu. Strzałka w dół. Opis: Retrotranspozony podlegają najpierw transkrypcji do jednoniciowego RNA. Za strzałką pozioma czarna kreska. To RNA. Strzałka w dół. Tu pozioma czarna kreska, pod którą jest krótsza zielona. To nić DNA. W tle dwóch kresek jest poziomy niebieski owal. Tu opis: Odwrotna transkryptaza katalizuje powstanie dwuniciowej cząsteczki cDNA. Strzałka w dół. Tu znajdują się dwie równoległe do siebie zielone kreski. Górna jest nieco krótsza od dolnej i ma strzałkę na lewym końcu skierowaną w lewo. W tle kresek po lewej stronie jest niebieski owal. Całość opisano jako ruchomą kopię retrotranspozonu. Od obrazka strzałka w górą do pierwszego etapu schematu - nowej kopii retrotranspozonu. Przy strzałce opis: Nowa kopia retrotranspozonu zostaje umieszczona w docelowej lokalizacji, podczas gdy donorowy retrotranspozon pozostaje w swoim wyjściowym miejscu.
Transpozony klasy I są kopiowane i wstawiane do DNA docelowego.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Więcej informacji na temat odwrotnej transkrypcji znajdziesz w e‑materiale Odwrotna transkrypcja i jej znaczenie w cyklach infekcyjnych wirusówPUg6Qjl5POdwrotna transkrypcja i jej znaczenie w cyklach infekcyjnych wirusów.

bg‑gray2

Transpozony klasy II (transpozony DNA)

To klasa transpozonów DNA, które mogą się przemieszczać za pośrednictwem dwóch mechanizmów:

  • transpozycji tnij i włączaj transpozony są wycinane z DNA donorowego, a następnie integrowane z DNA docelowym w innym miejscu;

  • transpozycji kopiuj i włączaj, czyli transpozycji przez replikację, transpozon jest kopiowany w wyniku replikacji fragmentu DNA. DNA donorowy pozostaje niezmieniony, podczas gdy do DNA docelowego zostaje wbudowana kopia transpozonu.

Transpozony klasy II odpowiadają za syntezę specyficznych enzymatycznych białek transpozaztranspozazatranspozaz, które przemieszczają się wraz z nimi. Gotowa transpozaza przecina DNA, uwalniając transpozon, następnie rozcina DNA w innym miejscu docelowym i przyłącza go.

R1C0HPwJdT2cL1
Ilustracja interaktywna przedstawia transpozycję „wytnij i wstaw”. W górnej części schematu są dwie równoległe do siebie linie. To DNA genomowy. Po lewej części jest odcinek zielony. Przy nim nożyczki. To transpozon. Od niego strzałka w dół. Tu opis: transpozon jest nacinany przez transpozazę (nożyczki) i wyłączany z DNA donorowego. W następnym etapie widoczny jest ruchomy transpozon - znajduje się poniżej nici DNA. Od niego strzałka w dół do dwóch równoległych linii. Przy strzałce opis: Transpozon pozostaje związany z transpozazą, tworząc kompleks, który przeprowadza integrację w nowym miejscu docelowym. W równoległych liniach po prawej stronie jest odcinek zaznaczony kolorem zielonym.
Transpozycja „wytnij i wstaw”. Transpozony klasy II są wycinane z DNA donorowego i wstawiane do DNA docelowego.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Rj7JF8lD1ldBp1
Ilustracja interaktywna przedstawia transpozycję przez replikację. Na ilustracji są dwie równoległe do siebie kreski. To DNA genomowy. Po lewej stronie jest zielony odcinek - transpozon. Po prawej również zaznaczony kolorem zielonym odcinek opisany jako nowa kopia transpozonu. Od transpozonu strzałka w dół. Opis: Transpozon jest kopiowany w wyniku replikacji DNA. Cząsteczka donorowa DNA pozostaje niezmieniona. Tu zielony odcinek - ruchomy transpozon. Od niego strzałka ku górze do odcinka opisanego wcześniej jako nowa kopia transpozonu Tu opis: Kopia transpozonu pozostaje związana z transpozazą, tworząc kompleks, który przeprowadza integrację w nowym miejscu docelowym.
Transpozycja przez replikację. Transpozony klasy II są replikowane i wstawiane do DNA docelowego.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑turquoise

Znaczenie transpozonów

  • Duży udział procentowy transpozonów w ludzkim genomie wskazuje na to, że mają one znaczenie w regulacji ekspresji genów.

  • Wynikiem transpozycji są mutacje. Zakłócenia spowodowane przez transpozony wywołują zmiany strukturalne chromosomów, takie jak delecja, inwersja i duplikacja, które powodują zmiany fenotypowe.

  • Obecność transpozonów może prowadzić do nieprawidłowego parowania zasad w helisie DNA oraz nieprawidłowego przebiegu crossing‑over.

  • Jeśli insercja zachodzi w obrębie promotora lub sekwencji wzmacniających, transpozony mogą wpływać na przebieg ekspresji genówsplicingu.

  • Gdy promotorpromotorpromotor transpozonu znajdzie się w pobliżu genu, uaktywni jego transkrypcję.

  • Wbudowanie się transpozonu w obrębie sekwencji danego genu powoduje jego inaktywację i brak produkcji odpowiedniego białka.

  • Jeśli produktem ekspresji danego genu jest białko zabezpieczające przed transformacją nowotworową, to transpozon wbudowujący się w ten gen przyczynia się do nowotworzenianowotworzenie (kancerogeneza)nowotworzenia.

Słownik

cDNA
cDNA

komplementarny DNA, cząsteczka DNA będąca kopią sekwencji mRNA

integraza
integraza

enzym katalizujący reakcję integracji dwóch różnych cząsteczek DNA; rozpoznaje miejsce integracji w DNA docelowym, dokonuje cięć w nim oraz ostatecznie wiąże oba rodzaje DNA

nowotworzenie (kancerogeneza)
nowotworzenie (kancerogeneza)

rozwój tkanki nowotworowej

odwrotna transkryptaza
odwrotna transkryptaza

enzym, polimeraza DNA zależna od RNA, przeprowadzająca reakcję odwrotnej transkrypcji; odwrotna transkryptaza wykorzystuje RNA jako matrycę do syntezy DNA

promotor
promotor

odcinek DNA zawierający sekwencje rozpoznawane przez polimerazę RNA zależną od DNA; po połączeniu się polimerazy RNA z promotorem rozpoczyna się proces syntezy RNA, czyli transkrypcja

transpozaza
transpozaza

enzym przeprowadzający reakcję transpozycji, czyli przemieszczania się po genomie transpozonów; przecina transpozon, uwalniając go, a następnie przecina DNA docelowy i przyłącza do niego wycięty transpozon

transpozycja
transpozycja

przemieszczanie się transpozonu w inne miejsce genomu tej samej komórki