TRANSPOZONY - W╩DRUJíCE DNA

Zmiany mutacyjne w genomach organizm≤w zachodz▒ stosunkowo rzadko. Skomplikowane, wielostopniowe mechanizmy stoj▒ na stra┐y stabilno╢ci sk│adu genetycznego kom≤rki. Zdarzaj▒ siΩ jednak w przyrodzie przypadki, ┐e w genomach zar≤wno Pro -, jak i Eucaryota dochodzi do przemieszczania siΩ fragment≤w DNA osi▒gaj▒cych nawet kilkadziesi▒t tysiΩcy par zasad (!).

Takie ruchome elementy genetyczne, zmieniaj▒ce sw▒ lokalizacjΩ w obrΩbie genomu, odkryto w latach 50 i nazwano TRANSPOZONAMI.

Z przemieszczaniem siΩ transpozon≤w mog▒ byµ zwi▒zane bardzo powa┐ne zmiany w DNA: delecje, inwersje i duplikacje obejmuj▒ce bardzo nieraz obszerne rejony i powoduj▒ce nieraz utratΩ funkcji niekt≤rych gen≤w, a wzmo┐on▒ ekspresjΩ innych. Co jednak u mo┐liwia transpozycjΩ, czyli wΩdr≤wkΩ transpozon≤w przez geny?

Spr≤bujmy przyjrzeµ siΩ transpozonowi z grupy IS - najprostszych transpozon≤w bakteryjnych. Transpozon IS1 wystΩpuje u E. coli i ma d│ugo╢µ zaledwie 768 par zasad. Koduje on specyficzn▒ nukleazΩ, zwan▒ transpozaz▒. Na obu ko±cach tego transpozonu z najduj▒ siΩ kr≤tkie, niemal identyczne, lecz przeciwnie skierowane 23- nukleotydowe sekwencje ITR.

Transpozaza rozpoznaje obie sekwencje terminalne, a tak┐e kr≤tk▒ (dla IS1 9 par zasad) sekwencjΩ akceptorow▒ (docelow▒) w genomie gospodarza. Transpozaza nacina obie nici na ko±cach transpozonu i w obrΩbie sekwencji docelowej, tworz▒c lepkie ko±ce. Podczas nastΩpuj▒cego p≤╝niej wbudowywania transpozonu nastΩpuje podwojenie sekwencji akceptorowej tak, ┐e w efekcie IS1 w nowym po│o┐eniu jest oflankowany przez dwie sekwencje docelowe.

W procesie transpozycji niezbΩdne s▒ te┐ enzymy gospodarza: polimeraza I DNA i ligaza.

Sekwencja transpozonowa w│▒czona w obrΩbie genu gospodarza powoduje najczΩ╢ciej jego inaktywacjΩ. Ponadto rekombinacja pomiΩdzy dwiema kopiami tej samej IS wbudowanymi w r≤┐nych miejscach genomu mo┐e doprowadziµ do zmian w ilo╢ci lub orientacji gen ≤w gospodarza.

Poniewa┐ gen transpozazy jest opatrzony w│asnym promotorem, to wbudowanie transpozonu mo┐e te┐ wywo│aµ wzmocnienie ekspresji s▒siaduj▒cych gen≤w.

Transpozony przyczyniaj▒ siΩ wiΩc do znacznie czΩstszych rearan┐acji genomu, ni┐ np. mutacje punktowe. Mutanty transpozonowe s▒ jednak nietrwa│e i czΩsto rewertuj▒.

W przyrodzie wystΩpuj▒ r≤wnie┐ transpozony znacznie wiΩksze i bardziej skomplikowane od czynnik≤w insercyjnych. Niekt≤re z nich przedstawione s▒ w poni┐szej tabeli:

Uwidoczniona jest tu r≤┐norodno╢µ form "wΩdruj▒cego DNA": od kr≤tkich, jak opisany IS1, do kilkudziesiΩciokilobazowych gigant≤w. Od przenosz▒cych siΩ jedynie z miejsca na miejsce, po posiadaj▒ce zdolno╢µ do transpozycji replikatywnej, tj. wytwarzaj ▒cych swoj▒ kolejn▒ kopiΩ, kt≤ra wbudowuje siΩ w inne miejsce w genomie. Od koduj▒cych sam▒ tylko transpozazΩ do tzw. transpozon≤w z│o┐onych. Nios▒ one dodatkowo geny oporno╢ci na wiele antybiotyk≤w, wykazuj▒ z│o┐ony system kontroli ekspresji, czasem kodu j▒ geny odwrotnej transkryptazy, proteazy i Rnazy.

Niekt≤re transpozony, aby siΩ powieliµ i wbudowaµ w nowe miejsce w genomie, musz▒ zostaµ przetranskrybowane na mRNA, a dopiero p≤╝niej, przy udziale kodowanej przez nie odwrotnej transkryptazy, s▒ przepisywane z powrotem na DNA. Dzieje siΩ tak np. w przypadku dro┐d┐owych retrotranspozon≤w Ty, czy transpozonowych element≤w copia u Drosophila melanogaster.

Takie procesy, jak i wiele sekwencji zbli┐onych do wirusowych, s▒ byµ mo┐e ╢ladem wskazuj▒cym na pochodzenie retrotranspozon≤w od retrowirus≤w, a "klasycznych" transpozon≤w od wirus≤w DNA.

Niekt≤rzy naukowcy lansuj▒ hipotezΩ, ┐e transpozony s▒ po prostu dawnymi wirusami, kt≤re utraci│y geny odpowiedzialne za zjadliwo╢µ. Transpozony nigdy bowiem nie wystΩpuj▒ poza kom≤rk▒, jako cz▒stki zdolne do infekcji i chorobotworzenia.

Zdolno╢µ transpozon≤w do aktywnego wbudowywania siΩ w genom gospodarza wykorzystuje wsp≤│czesna biologia molekularna i biotechnologia. Geny zawarte w transpozonie mo┐na przecie┐ zast▒piµ innymi, wykorzystuj▒c transpozon jako wydajny wektor. Transpo zon mo┐e te┐ zostaµ u┐yty jako sonda molekularna do lokalizowania poszukiwanych sekwencji DNA.

SOMATYCZNE REARAN»ACJE W UKúADZIE IMMUNOLOGICZNYM

WúADCY I PODDANI - KONTROLA GEN╙W NAD GENAMI

Webmaster