Transpozoni

Elemente genetice mobile,care dovedesc PLASTICITATEA genomului

TRANSPOZITIA

SCHIMBAREA LOCALIZARII UNEI SECVENTE DE adn IN GENOM

ARE LOC recombinarea genetica DESI NU SE PRODUCE UN SCHIMB DE MATERIAL GENETIC

1948 BARBARA McCLINTOCK descoperea “genele saritoare” investigand porumbul

1983 este rasplatita cu Premiul Nobel

ELEMENTUL MOBIL produce o ruptura cromozomiala la nivelul situsului de insertie al unei gene determinand mutarea locusului acesteia = TRANSPOZITIE

Genom dinamic

Adica un genom ce cu siguranta nu este:- nici fix- nici imuabil

Transpozonii pot fi o sursa majora de modificari evolutive in genom

Rearanjamentele creeaza secvente noi si schimba functia secventei initale/tinta

Uneori pot aparea maladii ca urmare a insertiei intr-o gena functionala, efectul fiind asemanator mutatiilor

La om elementele transpozabile sunt de tip: transpozoni si retrotranspozoni

Al treilea mecanism il reprezinta secventele de inserat.

I . SECVENTE DE INSERAT

Secventa de inserat (IS) este flancata de 9 – 13 pb, ‘ repetitii inversate’

Repetitiile directe si inverse/inversate indica prezenta elementelor genetice mobile

Transpozaza

Secventa de inserat contine:- o regiune unica codanta pt. enzima

transpozaza si- o zona centrala ce poate fi utilizata ca

marker genetic, de ex. gena pt. rezistenta la antibiotice)

II. TRANSPOZONII (Tn) comporta 2 tipuri de transpozitii: replicative si non - replicative

1. Tn original ramane la locul sau, se copiaza,iar copia este inserata la alt nivel creste nr.de copii ale

Tn in genom;

Mecanism:

copy - pastecopy - paste

1. Transpozitie replicativa (~Copy-and-paste)

Elementul transpozabil este copiat; copia se insera in segmentul cromozomial tinta.

Element

transpozabilSegm.tinta

RecipientDonor

Integrare

Replicare

2. Transpozitia conservativa

Mecanism: cut and pastecut and paste Tn insusi – ca entitate fizica – se muta direct pe alt Tn insusi – ca entitate fizica – se muta direct pe alt

situssitus Transpozaza (se leaga de capetele transpozonului

original,le sectioneaza – lasand in urma “sticky ends” - si alipeste Tn in alt loc al genomului)

ADN polimeraza umple golurile dintre capetele ramase ‘lipicioase’

ADN ligaza inchide scheletul glucidofosforic

Transpozaza

Se leaga:- Specific de un situs- Oriunde in ADN Secventele repetitive scurte directe si inverse

sunt importante in excizia transpozonilor de catre transpozaza, dar si pt ADN polimeraza

2. Transpozitia conservativa (~Cut-and-paste)

Elementul se muta prin excizie si integrare.

Element transpozabil Segment tinta

RecipientDonor

Excisie & Integrare

III. Retrotranspozonii

Retrotranspozitia – apare cel mai frecvent la om

1. ADN-ul elementului mobil este transcris in RNA.

2. ARN-ul este revers-transcris in cDNA, care este apoi inserat in segmentul cromozomial acceptor.

Target

Donor

Integrare

Transcriere

RNA

cDNA

Revers transcriere

Exista 3 clase importante de retrotranspozoni la mamifere:

Retrovirusurile endogene au secvente asemanatoare retrovirusurilor, dar nu pot infecta celule noi avand actiune limitata la un singur genom; au revers-transcriptaza si LTR

Retrotranspozonii nevirali, fara 3’LTR (long terminal repeats), au revers-transcriptaza fiind capabili de transpozitie independenta

Retro-pseudogenele = pseudeogene procesate, fara revers-transcriptaza, nu transpozeaza independent; sunt de 2 tipuri:

- cu nr.redus de copii (LINEs)- cu nr. inalt de copii: SINEs; Ex. fam. Alu

Retrotranspozonii: elemente transpozabile a caror mobilitate este ARN-mediata

Little Alberts 6-34© Garland

Reverse transcriptaseencoded by the LINE-1 element

Retrotranspozomi umani:

Alu1 SINEs (short-interspersed sequences)

• ~300 bp long, repetate de 300.000-500.000X.

• Flancate de repetitii de 7-20 bp; dispersate in intregul genom in medie o copie la 5000pb

• Unele sunt transcrise prin intermediul unui ARN .

• AluI SINEs depistat in neurofibromatoza (inactivarea genei) .

L-1 LINEs (long-interspersed sequences): elemente lungi de spatiere

Elemente de 6,5 kb (majoritatea prezinta deletii), repetate de 50.000-100.000X (~5% of genom).

Contin gene cu valoare functionala cum sunt cele ce codifica polimeraza (pol) si transcriptaza;

migreaza in genom prin intermediul ARN

Unele cazuri de hemofilie apar prin insertia unui element L1

(1) marime: ~ 300 bp

(2) Reprezinta ~ 13% din genom

(3) Transpozitia implica prezenta

reverstranscriptazei in celula gazda si

formarea unui ARN intermediar.

(4) Apare in special in regiunile bogate in –GC-

1,090,000copies

Elemente transpozabile SINE: familia Alu

Densitatea elementelor repetitive variaza in diferite regiuni genomice

Elementele LINE se acumuleaza in regiuni bogate in AT

Elementele Alu se acumuleaza in regiuni bogate in GC.

Element Transpozabil: element genetic mobil al cromozomului care are capacitatea de a-si modifica pozitia in genom.

• Sunt componente normale si ubiquitare ale genomului procariot si eucariot.

Procariote-transpozitie de la/catre cromozomul celulei, plasmidic, fagic.

Eucariote-transpozitie in cadrul aceluiasi cromozom sau pe un altul.

• Elementele transposabile produc modificari genomice; prin amplificarea si dispersia lor, prin rearanjamentele induse de excizie/insertie au o contributie importanta in evolutia genomului speciilor.

•Determina rearanjamente cromozomiale( deletii, inversii, duplicatii, translocatii).•Creste dimensiunea genomului (in special la plante), creste nr. de copii ale elementului mobil in genom.•Mutarea genelor sau a unor secvente genice in alte regiuni ale genomului; •Crearea de pseudogene.

Alterari la nivel genic

Inactivarea genelor prin insertii; Crearea unor secvente noi in cadrul genelor care pot

determina modificarea functiei . Alterarea secventelor reglatoare →modificari de

expresie genica Crearea de noi introni; Asamblarea de noi gene prin componentele purtate

de un element mobil.

Agenti mutageni biologici: modifica structura/ expresia genelor

Duplicatii genice si exonice datorita elementelor repetitive

Defecte de aliniere in cursul meiozei

crossing over “inegal”

Little Alberts 9-5© Garland

Cromozom fara gene globinice

Fig. 20.2, Integration of IS element in chromosomal DNA.