Transpozon

Rodzaje

Transpozony są tylko jednym z kilku rodzajów mobilnych elementów genetycznych. Same transpozony dzielą się na dwa typy w zależności od ich mechanizmu, który może być typu "kopiuj-wklej" (klasa I) lub "wytnij-wklej" (klasa II).

Klasa I (retrotranspozony): Kopiują się w dwóch etapach, najpierw z DNA do RNA przez transkrypcję, a następnie z RNA z powrotem do DNA przez odwrotną transkrypcję. Kopia DNA jest następnie wstawiana do genomu w nowym miejscu. Retrotranspozony zachowują się bardzo podobnie do retrowirusów, takich jak HIV.

Klasa II (transpozony DNA): W przeciwieństwie do nich, mechanizmy transpozycji typu "wytnij-wklej" transpozonów klasy II nie angażują pośrednictwa RNA.

Transpozon bakteryjnego DNA

Jako przyczyny chorób

Transpozony to mutageny. Mogą uszkadzać genom komórki gospodarza na różne sposoby:

• Transpozon lub retropozon, który wstawia się do funkcjonalnego genu, najprawdopodobniej wyłączy ten gen.
• Po opuszczeniu genu przez transpozon, powstała luka prawdopodobnie nie zostanie prawidłowo naprawiona.
• Wiele kopii tej samej sekwencji, takich jak sekwencje Alu, może utrudniać precyzyjne łączenie chromosomów w pary podczas mitozy i mejozy, powodując nierówne krzyżowanie, co jest jedną z głównych przyczyn duplikacji chromosomów.

Użyj

Transpozony mogą przenosić geny akcesoryjne, takie jak geny oporności na antybiotyki. Można je wykorzystać do wprowadzenia genu do DNA organizmu. Dokonano tego w przypadku muszki owocowej (Drosophila melanogaster) poprzez wprowadzenie transpozonu do embrionu.

Przykłady

• Pierwsze transpozony zostały odkryte w kukurydzy (Zea mays), przez Barbarę McClintock w 1948 roku, za co otrzymała Nagrodę Nobla w 1983 roku. Zauważyła ona mutacje chromosomowe powodowane przez te transpozony. Około 50% całego genomu kukurydzy składa się z transpozonów. Opisane przez McClintock układy Ac/Ds są transpozonami klasy II.
• Jedną z rodzin transpozonów występujących u muszki owocowej Drosophila melanogaster są elementy P. Wydaje się, że po raz pierwszy pojawiły się one u tego gatunku dopiero w połowie XX wieku. W ciągu 50 lat rozprzestrzeniły się we wszystkich populacjach tego gatunku. Sztuczne elementy P są używane do wprowadzania genów do Drosophila poprzez wstrzykiwanie embrionu.
• Najczęstszą formą transpozonu u ludzi jest sekwencja Alu. Ma ona długość około 300 zasad i można ją znaleźć od 300 000 do miliona razy w ludzkim genomie.
• Elementy podobne do Marinera to kolejna ważna klasa transpozonów występujących u wielu gatunków, w tym u ludzi. Transpozon Mariner został po raz pierwszy odkryty przez Jacobsona i Hartla w Drosophila. Ten element transpozycyjny klasy II znany jest z niezwykłej zdolności do horyzontalnego przenoszenia u wielu gatunków. Szacuje się, że w ludzkim genomie znajduje się około 14 tysięcy kopii Marinera, składaj±cych się z 2,6 miliona par zasad.

Ewolucja

Transpozony występują w wielu formach życia. Mogły one powstawać niezależnie wiele razy, a może tylko raz, a następnie rozprzestrzeniały się w innych królestwach poprzez horyzontalny transfer genów.

Podczas gdy niektóre transpozony mogą przynosić korzyści swoim gospodarzom, większość z nich jest uważana za samolubne pasożyty DNA. Pod tym względem są one podobne do wirusów. Różne wirusy i transpozony mają również wspólne cechy w strukturze genomu i zdolnościach biochemicznych, co prowadzi do spekulacji, że mają wspólnego przodka.

Nadmierna aktywność transpozonów może zniszczyć genom, co jest śmiertelne. Wiele organizmów wykształciło mechanizmy hamujące ich aktywność. Bakterie mogą używać delecji genów, aby usunąć transpozony i wirusy ze swoich genomów, podczas gdy organizmy eukariotyczne używają interferencji RNA (RNAi), aby zahamować aktywność transpozonów.

W komórkach zwierzęcych kręgowców prawie wszystkie z ponad 100 000 transpozonów DNA w genomie kodują nieaktywne polipeptydy. U człowieka wszystkie transpozony klasy I są nieaktywne. Pierwszy transpozon DNA użyty jako narzędzie do celów genetycznych, system transpozonowy Śpiącej Królewny, był transpozonem, który został wskrzeszony z długiego snu ewolucyjnego.

Rola w układzie odpornościowym

Transpozony mogły zostać zaadoptowane przez układ odpornościowy kręgowców jako sposób na wytworzenie różnorodności przeciwciał: System rekombinacji V(D)J działa na zasadzie mechanizmu podobnego do transpozonów. Jest to system trzech genów, które ulegają rearanżacji w produkcji limfocytów kręgowców. System ten w sposób zróżnicowany koduje białka dopasowane do antygenów pochodzących z bakterii, wirusów, pasożytów, komórek dysfunkcyjnych, takich jak komórki nowotworowe i pyłki.

Końcowa sekwencja DNA, a więc i sekwencja przeciwciała, jest bardzo zmienna, nawet gdy połączone są te same dwa segmenty V, D lub J. Ta wielka różnorodność pozwala rekombinacji VDJ generować przeciwciała nawet przeciwko mikrobom, z którymi ani organizm, ani jego przodkowie nigdy wcześniej się nie zetknęli.