Маълумот

10.4: Транспозонҳо - "ҷаҳидан генҳо" - Биология

10.4: Транспозонҳо - "ҷаҳидан генҳо" - Биология


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Транспозонҳо сегментҳои ДНК мебошанд, ки метавонанд дар геноми як ҳуҷайра ба мавқеъҳои гуногун ҳаракат кунанд. Дар ин раванд, онҳо метавонанд мутацияҳоро ба вуҷуд оранд ва миқдори ДНК-ро дар геноми ҳуҷайра зиёд кунанд (ё кам кунанд) ва агар ҳуҷайра пешгузаштаи гамета бошад, дар геномҳои ҳама наслҳо. Ин сегментҳои мобилии ДНК баъзан номида мешаванд "генҳои ҷаҳиш" ва ду намуди ҷудогона вуҷуд дорад. Транспозонҳои синфи II аз ДНК иборат аст, ки бевосита аз як ҷо ба ҷои дигар ҳаракат мекунад. Транспозонҳои синфи I мебошанд ретротранспозонҳо ки аввал ДНК-ро ба РНК транскрипция мекунанд ва баъд транскриптазаи баръаксро истифода мебаранд, то нусхаи ДНК-и РНК-ро барои ворид кардан дар макони нав созанд.

Транспозонҳои синфи II

Транспозонҳои синфи II бо як "ҳаракат мекунанд.бурида ва часбонед"раванд: транспозон аз макони худ бурида мешавад (масалан фармон / назорат-X дар компютери шумо) ва ба ҷои нав ҷойгир карда шудааст (фармон/назорат-V). Ин процесс як ферментро талаб мекунад — а транспоза - ки дар дохили баъзе аз ин транспозонҳо рамзгузорӣ шудааст.

Расми 10.4.1 Транспозонҳо

Транспозаза ба ҳарду канори транспозон пайваст мешавад, ки аз онҳо иборат аст такрори баръакс; яъне пайдарпаии якхела дар самтҳои муқобил мехонанд. Онҳо инчунин ба пайдарпаии ДНК, ки макони ҳадафро ташкил медиҳанд, мепайванданд. Баъзе транспозаҳо ҳамчун макони ҳадафи худ пайдарпайии мушаххасро талаб мекунанд; дигарон метавонанд транспозонро дар ҳама ҷо дар геном ҷойгир кунанд.

ДНК дар макони мавриди ҳадаф ба таври офсетӣ бурида мешавад (ба монанди "нӯгҳои часпак", ки аз ҷониби баъзе ферментҳои маҳдудкунанда тавлид мешаванд). Пас аз пайваст кардани транспозон ба ДНК-и мизбон, холигоҳҳо тавассути ҷуфт кардани пойгоҳи Уотсон-Крик пур карда мешаванд. Ин якхела эҷод мекунад такрори мустақим дар ҳар як охири транспозон. Аксар вақт транспозонҳо гени худро барои транспозаза гум мекунанд. Аммо, то он даме, ки дар ягон ҳуҷайра транспозон мавҷуд аст, ки ферментро синтез карда метавонад, такрори баръакси онҳо эътироф карда мешавад ва онҳо низ метавонанд ба ҷои нав интиқол дода шаванд.

Унсурҳои миниатюраи такроршавандаи интиқолшаванда (MITEs)

Ба наздикй ба охир расидани пайдарпаии геноми шолй ва C. elegans ошкор кардааст, ки геномҳои онҳо ҳазорон нусхаи як мотиви такроршавандаро дар бар мегиранд, ки аз пайдарпайии тақрибан якхелаи тақрибан 400 ҷуфти асосӣ, ки дар паҳлӯи онҳо хос аст. такрори баръакс тақрибан 15 ҷуфти пойгоҳ ба монанди

5' GGCCAGTCACAATGG..~400 nt..CCATTGTGACTGGCC 3'
3' CCGGTCAGTGTTACC..~400 nt..GGTAACACTGACCGG 5'

MITE барои рамзгузории ягон сафеда хеле хурд аст. Чӣ гуна онҳо нусхабардорӣ ва ба ҷойҳои нав кӯчонида мешаванд, то ҳол маълум нест. Эҳтимол транспозонҳои калонтаре, ки ферментҳои заруриро рамзгузорӣ мекунанд ва ҳамон такрорҳои баръаксро эътироф мекунанд, масъуланд. Дар геноми биринҷ зиёда аз 100,000 MITE мавҷуд аст (тақрибан 6% геноми умумиро ташкил медиҳад). Баъзе аз мутатсияҳо ки дар штаммҳои муайяни биринҷ мавҷуданд, аз ворид кардани MITE ба ген ба вуҷуд меоянд. MITEҳо инчунин дар геномҳои одамон, Ксенопус ва себ пайдо шудаанд.

Транспозонҳо дар ҷуворимакка

Аввалин транспозонҳоро дар солҳои 1940-ум Барбара МакКлинток, ки бо ҷуворимакка кор мекард, кашф карда буд.Зеа майс, ки онро дар ШМА «чуворимакка» меноманд). Вай фаҳмид, ки онҳо барои намудҳои гуногуни онҳо масъуланд мутатсияҳои ген, одатан воридкунӣ ва ҳазф (indels) ва транслокатсияҳо. Баъзе аз мутатсияҳо (в, бз) ҳамчун мисолҳо истифода бурда мешавад, ки чӣ гуна локусҳои генҳо дар хромосома ба воситаи транспозонҳо ба вуҷуд омадаанд. Дар инкишофи бофтаҳои соматикӣ, ба монанди донаи ҷуворимакка, мутация (масалан, в) ки рангро тағир медиҳад, ба ҳама ҳуҷайраҳои наслӣ интиқол дода мешавад. Ин намунаи рангорангеро ба вуҷуд меорад, ки дар "ҷуворимаккаи Ҳиндустон" қадр карда мешавад. (Акс аз Whalls Farms гирифта шудааст.) Барои дигар олимон аҳамияти бозёфтҳои Барбара МакКлинтокро пурра дарк кардан тақрибан 40 сол лозим шуд. Ниҳоят соли 1983 ба ӯ ҷоизаи Нобел дода шуд.

Транспозонҳо дар Дрозофила

Элементҳои P мебошанд Транспозонҳои синфи II дар ёфт Дрозофила. Онҳо каме зарар мерасонанд, зеро ифодаи гени транспозази онҳо одатан репрессия карда мешавад. Аммо, вақте ки пашшаҳои нарина бо элементҳои P бо пашшаҳои мода, ки онҳо надоранд, ҷуфт мешаванд, транспозаза дар хати ҷанин фаъол мешавад ва он қадар мутацияҳоро ба вуҷуд меорад, ки насли онҳо безурёт аст. Дар табиат ин дигар мушкилот нест. Чунин ба назар мерасад, ки унсурҳои P дар аввал пайдо шудаанд Drosophila melanogaster такрибан 50 сол пеш. Аз он вақт инҷониб, онҳо дар ҳар як популятсияи намуд паҳн шуданд. Имрӯз пашшаҳоеро, ки элементҳои P надоранд, танҳо дар штаммҳои кӯҳнае, ки дар лаборатория нигоҳ дошта мешаванд, пайдо кардан мумкин аст. Элементҳои P барои генетикҳои Дрозофила асбобҳои арзишманд фароҳам оварданд. Пашаҳои трансгении дорои ҳама гуна генҳои дилхоҳро тавассути сӯзандоруи ҷанини барвақт бо унсури муҳандисии P, ки ин ген дорад, тавлид кардан мумкин аст. Дигар транспозонҳо барои қобилияти эҷод кардани ҳашароти трансгении дорои аҳамияти кишоварзӣ ва саломатии ҷамъиятӣ омӯхта мешаванд.

Транспозонҳо дар бактерияҳо

Баъзе транспозонҳо дар бактерияҳо ба ғайр аз гени транспозаза генҳо барои як ё якчанд (одатан бештар) сафедаҳо доранд, ки ба антибиотикҳо муқовимат мекунанд. Вақте ки чунин транспозон ба плазмида дохил карда мешавад, он метавонад ҳуҷайраи мизбонро тарк кунад ва ба дигараш гузарад. Ин аст, ки падидаи ташвишовари муқовимат ба антибиотикҳои бисёр маводи мухаддир хеле зуд паҳн мешавад. Транспозиция дар ин ҳолатҳо бо "нусхабардорӣ ва часбонед" механизм. Барои ин як ферменти иловагиро талаб мекунад — а ҳал кардан — ин низ дар худи транспозон рамзгузорӣ шудааст. Транспозони аслӣ дар макони аслӣ боқӣ мемонад, дар ҳоле ки нусхаи он дар макони нав ҷойгир карда мешавад.

Ретротранспозонҳо

ретротранспозонҳо низ бо як "ҳаракат мекунанд.нусхабардорӣ ва часбонед" механизм, аммо дар муқоиса бо транспозонҳои дар боло тавсифшуда, нусха аз РНК сохта шудааст, на ДНК. Нусхаҳои РНК баъдан дубора ба ДНК - бо истифода аз транскриптазаи баръакс транскрипт карда мешаванд ва онҳо ба ҷойҳои нави геном ворид карда мешаванд. Бисёр ретротранспозонҳо доранд. такрори терминали дароз (LTRs) дар нӯги онҳо, ки метавонанд дар ҳар яки онҳо зиёда аз 1000 ҷуфти асосиро дар бар гиранд. Мисли транспозонҳои ДНК, ретротранспозонҳо дар ҷойҳои нави воридкунии худ такрорҳои мустақим тавлид мекунанд. Дарвоқеъ, маҳз мавҷудияти ин такрорҳои мустақим аксар вақт нишон медиҳад, ки дарозии байни ДНК тавассути ретротранспозиция ба он ҷо расидааст. Тақрибан 50% тамоми геноми инсон аз ретротранспозонҳо иборат аст.

Хатҳо (унсурҳои дарози байниҳам)

Дар геноми инсон зиёда аз як миллион ХАТ мавҷуд аст (19% геномро ифода мекунад). Аз ҳама фаровони онҳо ба оилаи LINE-1 (L1) тааллуқ доранд. Ин унсурҳои L1 пайдарпаии ДНК мебошанд, ки дарозии онҳо аз чандсад то 9000 ҷуфти асосиро дар бар мегиранд. Танҳо тақрибан 50 элементи L1 "генҳо"-и функсионалӣ мебошанд; яъне транскрипция ва тарчима кардан мумкин аст. Унсурҳои функсионалии L1 тақрибан 6,500 bp дарозӣ доранд ва се сафедаро рамзгузорӣ мекунанд, аз ҷумла эндонуклеаза, ки ДНК-ро буридааст ва транскриптазаи баръакс, ки нусхаи ДНК-и транскрипти РНК-ро месозад.

Фаъолияти L1

Фаъолияти L1 чунин сурат мегирад:

  1. РНК полимераза II ДНК L1-ро ба РНК интиқол медиҳад.
  2. РНК тавассути рибосомаҳо дар ситоплазма ба сафедаҳо табдил дода мешавад.
  3. Сафедаҳо ва РНК якҷоя мешаванд ва дубора ба ядро ​​дохил мешаванд.
  4. Эндонуклеаза риштаи ДНК-и "ҳадаф"-ро, ки аксар вақт дар интрони ген мебурд, буридааст.
  5. Транскриптаза баръакс РНК-и L1-ро ба ДНК L1 нусхабардорӣ мекунад, ки ба ДНК-и мақсаднок ворид карда мешавад ва дар он ҷо як унсури нави L1-ро ташкил медиҳад.

Ба воситаи ин нусхабардорӣ кунед механизм, шумораи ХАТР метавонад дар геном зиёд шавад. Гуногунии хатҳои байни геномҳои инфиродии инсон онҳоро аломатҳои муфид барои ДНК "изи ангуштон" месозад. Тағйирот дар дарозии элементҳои L1 ба амал меояд: Транскриптсияи як унсури фаъоли L1 баъзан дар поён ба ДНК-и иловагӣ идома ёфта, элементи дарозтар интиқол дода мешавад. Баръакс транскриптсияи РНК L1 аксар вақт бармаҳал ба анҷом мерасад ва як унсури кӯтоҳшудаи интиқолшударо ба вуҷуд меорад.

Гарчанде ки унсурҳои L1 функсионалӣ нестанд, онҳо метавонанд дар танзими самаранокии транскрипсияи гене, ки дар он зиндагӣ мекунанд, нақш бозанд. Баъзан, фаъолияти L1 як нусхаи mRNA-и ҳуҷайраро (аз ин рӯ cDNA табиӣ) месозад ва дохил мекунад. Набудани интронҳо ва инчунин унсурҳои зарурии назорат ба монанди промоутерҳо, ин генҳо ифода карда намешаванд. Онҳо як категорияро намояндагӣ мекунанд псевдоген.

SINEs (унсурҳои кӯтоҳи байниҳам)

SINEҳо пайдарпаии кӯтоҳи ДНК мебошанд (100–400 ҷуфтҳои асосӣ), ки намояндагӣ мекунанд РНК-и баръакс транскрипсияшуда молекулаҳое, ки дар ибтидо бо полимеразаи РНК III транскрипсия шудаанд; яъне молекулахои тРНК, 5S рРНК ва баъзе дигар РНК-хои хурди ядрой. SINE-ҳои фаровонтарин мебошанд Унсурҳои Alu. Дар геноми инсон зиёда аз як миллион нусха мавҷуд аст (9% -и ДНК-и моро ташкил медиҳад). Элементҳои Alu аз як пайдарпаӣ иборатанд, ки ба ҳисоби миёна 260 ҷуфти асосиро дар бар мегиранд, ки сайтеро дар бар мегирад, ки аз ҷониби ферментҳои маҳдудкунанда эътироф шудааст. AluI. Чунин ба назар мерасад, ки онҳо транскриптҳои баръакси 7S RNA, як қисми зарраҳои шинохти сигнал мебошанд. Аксарияти SINEҳо ягон молекулаи функсионалӣ рамзгузорӣ намекунанд ва аз механизми элементҳои фаъоли L1, ки интиқол дода мешаванд, вобаста аст; яъне дар чойхои нав нусхабардорй ва часпондан.

ВИЧ-1

ВИЧ-1 - сабаби СПИД - ва дигар ретровирусҳои инсон (масалан, HTLV-1, вируси лейкемияи Т-ҳуҷайраҳои инсон/лимфома) мисли ретротранспозонҳо рафтор мекунанд. Дар геноми РНК-и ВИЧ-1 ген барои транскриптази баръакс ва яке барои муттаҳид кардан. Интеграза ҳамон вазифаро ҳамчун транспозаҳои транспозонҳои ДНК иҷро мекунад. Нусхаҳои ДНК-ро метавон дар ҳама ҷо дар геном ҷойгир кард. Молекулаҳои ҳарду фермент ба заррачаи вирус дохил мешаванд.

Транспозонҳо ва мутатсияҳо

Транспозонҳо мебошанд мутагенҳо ва метавонад бо чанд роҳ мутацияро ба вуҷуд орад. Агар транспозон худро ба гени функсионалӣ ворид кунад, эҳтимолан ба он осеб мерасонад. Дохилшавӣ ба экзонҳо, интронҳо ва ҳатто ба ДНК, ки генҳо дар канори он ҷойгир аст (ки метавонад промоутерҳо ва тақвиятдиҳандаҳоро дар бар гирад) метавонад фаъолияти генро вайрон ё тағир диҳад. Таъмири нодурусти холигоҳе, ки дар ҷои кӯҳна боқӣ мондааст (дар интиқоли бурида ва часбонед) метавонад ба мутация дар он ҷо оварда расонад. Мавҷудияти як қатор пайдарпайҳои такрории якхела мушкилотро барои ҷуфткунии дақиқ ҳангоми мейоз ба миён меорад. Чӣ тавр сеюм, масалан, як қатори панҷ пайдарпаии Alu дар "риштаи ҳуҷумкунандаи" як хроматид кафолат медиҳад, ки он бо пайдарпаии сеюм дар риштаи дигар ҷуфт мешавад? Агар он тасодуфан бо яке аз дигар пайдарпаии Alu ҷуфт шавад, натиҷа кроссовери нобаробар хоҳад буд - яке аз сабабҳои маъмултарин такрорӣ.

Шарҳ

Гумон меравад, ки ворид кардани ретротранспозон дар ДНК, ки гени синтези пигментро фаро мегирад, аз аҷдоди сиёҳпӯст ангурҳои сафед ба вуҷуд овардааст. Баъдтар, аз даст додани он ретротранспозон навъҳои ангури пӯсти сурхро ба вуҷуд овард, ки имрӯз парвариш карда мешаванд.

SINE (асосан пайдарпаии Alu) ва хатҳо танҳо фоизи ками мутатсияҳои инсонро ба вуҷуд меоранд. (Ҳатто мумкин аст механизме вуҷуд дошта бошад, ки тавассути он онҳо худро ба генҳои функсионалӣ дохил накунанд.) Бо вуҷуди ин, онҳо муайян карда шуданд, ки сабаби мутацияҳои масъул мебошанд. баъзе ҳолатҳои бемориҳои генетикии инсон, аз ҷумла:

  • Гемофилия А (Омили VIII ген) ва гемофилия B [Омили IX ген]
  • Норасоии шадиди масунияти ба X алоқаманд (SCID) [ген барои як қисми ретсептори IL-2]
  • порфирия
  • майл ба полипҳои рӯдаи рӯда ва саратон [APC ген]
  • Дистрофияи мушакҳои Дюшен [дистрофин ген]

Транспозонҳо чӣ фоида доранд?

Транспозонҳоро ДНК-и "партов" ва ДНК "худпараст" меноманд. Онҳо "худпараст" ҳастанд, зеро ягона вазифаи онҳо ба назар мерасад, ки нусхаҳои бештари худ ва "партов" -ро эҷод мекунад, зеро ба соҳибашон ҳеҷ фоидаи ошкоре нест. Аз сабаби шабоҳати пайдарпайии ҳамаи хатҳо ва SINE, онҳо инчунин як қисми зиёди хатҳоро ташкил медиҳанд. "ДНК такроршаванда" аз ҳуҷайра. Ретротранспозонҳо наметавонанд он қадар худхоҳ бошанд, ки зинда мондани мизбони худро кам кунанд. Ва ҳоло чунин ба назар мерасад, ки бисёриҳо ҳадди аққал фоидае медиҳанд. Лоиҳаи ENCODE муайян кард, ки тақрибан 75% ДНК-и такроршавандаи мо дар дохили пайдарпайҳо, ба монанди такмилдиҳандаҳо, ки ифодаи генҳоро танзим мекунанд, пайдо мешаванд ё бо онҳо мувофиқат мекунанд.

Баъзе имкониятҳои дигар:

  • Ретротранспозонҳо аксар вақт дар охири 3'-и худ баъзе пайдарпаии иловагиро ҳангоми ворид шудан ба макони нав мебаранд. Шояд инҳо баъзан комбинатсияи нави экзонҳо, промоутерҳо ва такмилдиҳандаҳоро эҷод кунанд, ки ба мизбон нафъ мерасонанд.

Мисол:

  • Ҳазорон элементҳои Alu мо дар интронҳои генҳо пайдо мешаванд.
  • Баъзе аз инҳо пайдарпайҳое доранд, ки ҳангоми ба транскрипти аввалия сабт шудан аз ҷониби спликосома шинохта мешаванд.
  • Пас аз он онҳо метавонанд ба mRNA-и баркамол пайваст карда шаванд, ки экзони навро эҷод мекунанд, ки ба маҳсулоти нави сафеда транскрипсия карда мешаванд.
  • Пайвасткунии алтернативӣ метавонад на танҳо mRNA-и нав (ва ҳамин тариқ сафеда), балки кӯҳнаро низ таъмин кунад.
  • Бо ин роҳ, табиат метавонад сафедаҳои навро бидуни хатари тарк кардани сафедаҳои кӯҳнаи озмудашуда санҷида тавонад.
  • Элементҳои L1, ки ба интронҳои генҳои функсионалӣ ворид карда шудаанд, транскрипсияи ин генҳоро бидуни зарар ба маҳсулоти ген коҳиш медиҳанд - элементи L1 ҳар қадар дарозтар бошад, ҳамон қадар сатҳи ифодаи ген пасттар мешавад. Тақрибан 79% генҳои мо дорои унсурҳои L1 мебошанд ва шояд онҳо механизми муқаррар кардани сатҳи ибтидоии фаъолияти генҳо бошанд.
  • Теломераз, ферменте, ки барои нигоҳ доштани дарозии хромосома муҳим аст, бо транскриптазаи баръакси хатҳо зич алоқаманд аст ва шояд аз он эволютсия шуда бошад.
  • РАГ-1 ва РАГ-2. Сафедаҳое, ки ин генҳо рамзгузорӣ шудаанд, барои ҷамъ кардани репертуари антителоҳо ва ретсепторҳои Т-ҳуҷайраҳо (TCRs), ки аз ҷониби системаи иммунии мутобиқшавӣ истифода мешаванд, лозиманд. Механизм ба усули буридан ва часбондани транспозонҳои Синфи II шабоҳат дорад ва генҳои RAG шояд аз онҳо эволютсия шуда бошанд. Агар ин тавр бошад, ин ҳодиса тақрибан 450 миллион сол пеш, вақте рух дод, ки устухонҳои ҷоғдор аз аҷдодони беҷоғ пайдо шуданд. Танҳо устухонҳои даҳондор доранд РАГ-1 ва РАГ-2 генҳо.
  • Дар Дрозофила, ворид кардани транспозонҳо ба генҳо бо рушди муқовимат ба ҳашароти ДДТ ва органофосфатҳо алоқаманд аст.

Транспозонҳо ва Парадокси арзиши C

Геном аз Arabidopsis thaliana дорои ~ 1,2 x 108 ҷуфтҳои асоси (bp) ДНК. Тақрибан 14% ин аз транспозонҳо иборат аст; генҳои боқимондаи функсионалӣ (25,498-и онҳо). Дар геноми ҷуворимакка (ҷуворимакка) 20 маротиба бештар ДНК (2,4 x 10) дорад9 bp) аммо бешубҳа ба 20 маротиба зиёдтар генҳо эҳтиёҷ надоранд. Дар асл, 60% геноми ҷуворимакка аз транспозонҳо иборат аст (ин рақам барои одамон 42% аст). Аз ин рӯ, эҳтимол дорад, ки набудани ассотсиатсия байни андозаи геном ва шумораи генҳои функсионалӣ - парадокс-арзиши C - аз миқдори ДНК-и транспозон дар геном ҷамъоварӣ шудааст.



Шарҳҳо:

  1. Simba

    I believe that you are wrong. Боварӣ дорам. Let's discuss.

  2. Mezim

    Браво, ман фикр мекунам ин як идеяи олист.

  3. Zenas

    Ман ҳатто ба он бовар карда наметавонам

  4. Khanh

    Хеле дуруст! It is good idea. Он барои дастгирии шумо омода аст.

  5. Perekin

    Rather valuable phrase



Паём нависед