Презентація на тему:
IS-елементи і транспозони

IS-елементи і транспозони

IS-елементи Це інтеграційні кінцеві послідовності деяких транспозонов, що повторюються. Є генетичними елементами, величина яких не перевищує 1500 пар нуклеотидів. Вони менші за решту типів мобільних генетичних та кодують лише білки, залучені в процес транспозиції (на відміну від транспозонів, що зазвичай несуть допоміжні гени, корисні для організму-хазяїна, такі як гени резистентності). Цими білками зазвичай є транспозаза, яка каталізує процес транспозиції даного IS-елементу, і регуряторний білок, що стимулює або інгібує цю активність. По боках кодуючої ділянки IS-елементу зазвичай розташовуються інвертовані повтори. IS-елементів у складі композитного транспозону

Функції IS-елементів 1. Регуляторна: викликають інактивацію генів, або служать промоторами (ділянки ДНК, які регулюють експресію клітинних генів). 2. Координуюча: взаємодія транспозонів, плазмід, помірних фагів між собою та хромосомою бактерії, забезпечуючи їх реплікацію. 3. Індукують мутації за типом делеції або інверсії.

Транспозони Транспозони (англ. transposable element, transposon) - це ділянки ДНК організмів, що здатні до пересування (транспозиції) та розмноження в межах геному. Транспозони формально належать до так званої некодуючої частини геному — тієї, що в послідовності пар основ ДНК не несе інформацію про амінокислотні послідовності білків, хоча деякі класи мобільних елементів містять у своїй послідовності інформацію про ферменти, що транскрибуються та каталізують пересування, наприклад, ДНК-транспозони та LINE-1 кодують білки транспозазу, ORF1p й ORF2p. У різних видів транспозони розповсюджені різною мірою, так у людини транспозони складають до 45% всієї послідовності ДНК, у плодової мухи Drosophila melanogaster частина мобільних елементів становить лише 15-20% усього геному. У рослин транспозони можуть займати основну частину геному, так у кукурудзи (Zea mays) з розміром геному у 2,3 мільярдів пар основ принаймні 85% складають різні мобільні елементи.

Типи транспозонів Мобільні генетичні елементи належать до повторювальних елементів геному - тих, що мають декілька копій у послідовності ДНК клітини. Повторювальні елементи геному можуть розташовуватися в тандемі (мікросателіти, теломери тощо) і можуть бути розпорошені по геному (мобільні елементи, псевдогени тощо). Мобільні генетичні елементи за типом транспозиції можна поділити на два класи: ДНК-транспозони, які застосовують метод «вирізати й вставити», та ретротранспозони, пересування яких має в своєму алгоритмі синтез РНК з ДНК та подальшим зворотнім синтезом ДНК з молекули РНК, тобто, метод «копіювати й вставити». Транспозони також можна поділити за ступенем автономності. Як ДНК-транспозони, так і ретротранспозони мають автономні та неавтономні елементи. Неавтономні елементи для транспозиції потребують ферменти, що кодуються автономними елементами, часто містять значно змінені ділянки транспозонів і додаткові послідовності. Кількість неавтономних транспозонів у геномі може значно перевищувати кількість автономних. Схематичне зображення переміщення транспозону за допомогою механізму «вирізати і вставити».

ДНК-транспозони ДНК-транспозони пересуваються по геному шляхом «вирізати та вставити» завдяки комплексу ферментів із назвою транспозаза. Інформація про амінокислотну послідовність білку транспозази закодована в послідовності транспозону. Крім того, ця ділянка ДНК може містити інші, непов'язані з транспозоном послідовності, наприклад гени чи їх частини. Більшість ДНК-транспозонів мають неповну послідовність. Такі транспозони не є автономними й пересуваються по геному завдяки транспозазі, що закодована іншим, повним, ДНК-транспозоном. На кінцях ділянок ДНК-транспозону розташовані інвертовані повтори, які є особливими сайтами впізнавання транспозази, таким чином відрізняючи цю частину геному від решти. Транспозаза здатна робити дволанцюгові розрізи ДНК, вирізати й вставляти в ДНК-мішень транспозон. До ДНК-транспозонів належать Ac/Ds-елементи рослин. Ac-елемент (англ. Activator) є автономним і кодує транспозазу. Є декілька типів Ds-елементів, які здатні до формування розривів хромосом і які переміщуються по геному завдяки Ac-елементам.

 ДНК-транспозони: спосіб пересування «вирізати й вставити».

Ретротранспозони LINE-1 Ретротранспозони LINE-1 — тип ретротранспозонів, що широко розповсюджений у ссавців і складає до 20% геному. L1-елементи мають довжину близько 6 тисяч пар основ. Більшість цих ретротранспозонів у геномі представлена неповно, хоча існує приблизно 150 повних і потенційно мобільних L1-елементів у послідовності ДНК людини та приблизно 3000 — у миші.

Процес пересування починається зі зчитування молекули РНК з елемента L1. РНК транспортується до цитоплазми, де з неї транслюються білки ORF1p (що є РНК-зв'язуючим білком) та ORF2p (що має ендонуклеазну та зворотньо-транскриптазну активність). ORF1p, ORF2p та РНК транспозону формують рибонуклеопротеїн та імпортуються в ядро, де відбувається зворотна транскрипція ретротранспозону. LINE-1-ретротранспозони: спосіб пересування «копіювати й вставити».

Alu-елементи Alu-елементи — широко розповсюджені в геномі людини мобільні елементи. Alu-елементи мають довжину ~300 пар основ і часто розташовані в інтронах, ділянках геному, що не транслюються, та міжгенних ділянках. Назву Alu-ретротранспозони отримали через те, що вони містять послідовність розпізнавання рестрикційного ензиму AluI. Аналіз послідовностей показав, що Alu-елементи виникли у приматів приблизно 65 мільйонів років тому від гену 7SL РНК, що входить до рибосомного комплексу. Alu-ретротранспозони не мають власної зворотної транскриптази, тому для пересування їм необхідні ферменти елементів LINE-1.

LTR — ретротранспозони, що мають кінцеві повторювальні послідовності, які відіграють важливу роль у транскрипції та зворотній транскрипції РНК транспозону. LTR-елементи кодують білки pol та gag, що близькі до білків ретровірусів, але, на відміну від останніх, LTR не вистачає білків, які змогли би сформувати зовнішню оболонку (суперкапсид) і вийти з клітини. SINE — є неавтономними ретротранспозонами: для пересування вони потребують активності L1-елементів. У ДНК-послідовності SINE містять лише сайт зв'язування РНК-полімерази. До SINE належать Alu-ретротранспозони. SVA — мобільні елементи довжиною у 2-3 тисячі пар основ ДНК, що складаються з декількох частин: коротких розкиданих елементів (SINE), змінної кількості тандемних повторів , Alu-послідовності та CT-багатого повтору, з послідовністю CCCTCT, що зустрічається частіше за все і має назву гексамер . Довжина SVA-елементів значно варіює через різну кількість складових повторів. Вони не є автономними й потребують білків, що закодовані в L1-ретротранспозонах для пересування, але вони активні в геномі людини. SVA-елементи зазнають високого рівня метилювання ДНК у більшості тканин людини. Цікавим фактом є занижене метилювання ДНК SVA-ретротранспозонів у чоловічих статевих клітинах людини, тоді як у шимпанзе SVA-послідовності сперматозоїдів високо метильовані.

Механізми блокування транспозонів Мобільні елементи геному досить широко представлені в рослинних та тваринних геномах. Їх висока активність є ризиком для стабільності геному, тому їх експресія жорстко регулюється, особливо в тих тканинах, які беруть участь у формуванні гамет та передачі спадкової інформації нащадкам. У рослин і тварин регуляція активності мобільних елементів геному відбувається шляхом метилювання послідовності ДНК de novo та активності некодуючих РНК разом із білковими комплексами Аргонавт. Основна роль малих некодуючих РНК, що взаємодіють з ПІВІ-комплексом, або піРНК (англ. piRNA, PIWI-interacting RNA), полягає в заглушенні мобільних елементів геному в зародкових тканинах. Ця роль піРНК досить високо консервативна серед тварин.

Механізм піРНК-індукованого заглушення транспозонів остаточно не з'ясовано, але схематично його можна подати такою моделлю: первинне накопичення одноланцюгових молекул РНК, піРНК-прекурсорів; дозрівання піРНК та їх ампліфікація за допомогою PIWI-білків (пінг-понг-цикл); заглушення цільового транспозону, що може відбуватися декількома шляхами: деградація РНК (за допомогою РНКазної активності H-подібного домену білків-аргонавтів), заглушення трансляції та залучення хроматин-модифікуючих систем (таких, як білки SWI/SNF) і подальше епігенетичне заглушення транспозону. Антисенсовий піРНК-прекурсор (первинна піРНК) зчитується з піРНК-кластерів у ядрі. Вже в цитоплазмі первинний шлях генерує антисенсові піРНК. Також змістовні піРНК формуються завдяки розрізанню сенсової мРНК транспозонів у «пінг-понг циклі». Цикл завершаться при додатковому розрізанні антисенових первинних піРНК. У ядро попадає лише комплекс піРНК-PIWI (піРНК-MIWI у мишей).