dnr reparacija, rekombinacija ir transpozicija

DNR REPARACIJA, DNR REPARACIJA, REKOMBINACIJA IR REKOMBINACIJA IR

TRANSPOZICIJATRANSPOZICIJA

Kadangi dauguma mutacijų yra žalingos, DNR reparacijos sistemos yra gyvybiškai svarbios organizmo išgyvenimui Ląstelėse yra keletas DNR reparacijos sistemų,

ištaisančių skirtingų tipų DNR pažaidas Daugeliu atveju DNR reparacija yra

daugiapakopis procesas 1. Surandama DNR struktūros anomalija 2. Nenormali DNR pašalinama 3. Sintetinama normali DNR

8.1 DNR REPARACIJA

8-2

Dažniausi DNR reparacijos tipai

Sistema Aprašymas

Tiesioginė reparacija

Fermentas tiesiogiai atpažįsta netaisyklingą DNR struktūrą ir verčia ją į taisyklingą struktūrą

Bazių ar nukleotidų ekscizijos reparacija

Pradžioje atpažįstamos netaisyklingos bazės ar nukleotidai ir pašalinami iš DNR struktūros. Šioje srityje iškerpamas DNR segmentas. Komplementari DNR grandinė naudojama kaip matrica naujam segmentui sintetinti.

Neatitinkančių nukleotidų reparacija

Procesas, panašus į ekscizinę reparaciją: skirtumas tik tas, kad atpažįstami neteisingai suporuoti nukleotidai.

Rekombinacinė reparacija

Vyksta, jei replikuojantis dėl DNR pažaidos susidaro nereplikuotos DNR spraga. Vyksta mainai tarp DNR segmento su spraga ir normaliai replikuotos DNR. Po to spraga gali būti užpildyta, panaudojant komplementarią grandinę kaip matricą.

8-3

Keletu atvejų nukleotidų kovalentinės modifikacijos gali būti tiesiogiai pašalintos, veikiant specialiems fermentams

Fotoliazė gali reparuoti timino dimerus Ji perskelia dimerus, atstatydama normalią DNR struktūrą

O6-alkilguanino alkiltransferazė reparuoja alkilintas bazes Ji perneša metilo ar etilo grupę nuo bazės ant alkiltransferazės

baltymo cisteino Ši reakcija negrįžtamai inhibuoja alkiltransferazę

8-4

Pažeistos bazės gali būti reparuojamos tiesiogiai

8-5Tiesioginė pažeistų DNR bazių reparacija

a) Tiesioginė timino dimero reparacija b) Metilintos bazės tiesioginė reparacija

DNR fotoliazėkerpa dvi jungtistarp timinodimero

Atstatoma normali dviejų timinų struktūra Atstatoma normali guanino struktūra

Alkiltransferazė katalizuojaalkilo grupėspašalinimą

Bazių ekscizijos reparacijoje (BER) dalyvauja fermentai, priklausantys DNR-N-glikozilazių klasei Šie fermentai gali atpažinti nenormalią bazę ir suardyti

jungtį tarp jos ir DNR karkaso dezoksiribozės Priklausomai nuo rūšies ši reparacijos sistema gali

pašalinti tokias nenormalias bazes, kaip: Uracilą; timino dimerus 3-metiladeniną;7-metilguaniną

8-6

Bazių ekscizijos reparacija pašalina pažeistą DNR

8-7

Priklausomai nuo to, kas yra pašalinamas – purinas ar

pirimidinas, susidaro apurininiai arba apirimidininiai saitai

Įkarpos replikacija (nick replication) būtų tikslesnis terminas

N-glikozilazė atpažįsta nenormalią bazę ir nukerpa jungtį tarp bazės ir fosfodezoksiribozinio karkaso

Apirimidininisnukleotidas

AP endonukleazė atpažįsta trūkstamąbazę ir kerpa DNR karkasą trūkstamosbazės 5’ pusėje

Įkarpa

Įkarpos transliacijos regionas

DNR polimerazė naudoja 5’-3’ egzonukleazinįaktyvumą pažeistai sričiai pašalinti; susidariusispraga užpildoma normaliais nukleotidais; ligazė susiuva srities kraštus

Svarbus bendrasis DNR reparacijos procesas yra nukleotidų ekscizijos reparacija (NER)

Šis reparacijos tipas gali reparuoti daugelį skirtingų DNR pažaidų tipų, tarp jų timino dimerus ir chemiškai modifikuotas bazes

NER yra randama visuose prokariotuose ir eukariotuose Jos molekuliniai mechanizmai geriau ištyrinėti prokariotų

ląstelėse

8-8

Nukleotidų ekscizijos reparacija pašalina pažeistos DNR segmentus

E. coli NER sistemai veikti reikia keturių pagrindinių baltymų Jie žymimi UvrA, UvrB, UvrC ir UvrD

Pavadinti taip dėl to, kad dalyvauja ultravioleto šviesos indukuotų timino dimerų reparacijoje

Jie taip pat dalyvauja reparuojant chemines DNR pažaidas

UvrA, B, C ir D atpažįsta ir pašalina trumpą pažeistos DNR segmentą

DNR polimerazės ir ligazė baigia reparacijos procesą

8-9


8-10

Timino dimeras

UvrAB kompleksas slenka DNR, ieškodamas DNR pažaidų

Aptikus pažaidą, UvrA yra pašalinami, o vietoje jų prisijungia Uvr C

Uvr C padaro įpjovas abiejosetimino dimero pusėse

8-11

Dažniausiai įpjovos yra daromos 4-5 nukleotidų atstumu nuo pažaidos 3’galo ir 8 nukleotidų atstumu nuo 5’ galo

Įpjova Įpjova

Uvr D yra helikazė, pašalinantipažeistą sritį. Uvr B ir C yra paleidžiami iškomplekso

DNR polimerazė užpildo spragą, o DNR ligazė susiuva

Timino dimero nebėra

Pigmentinę kserodermą gali sukelti defektai septyniuose skirtinguose NER genuose


Keletas žmogaus ligų išsivysto dėl paveldimų defektų NER genuose Šių ligų pavyzdžiai yra pigmentinė kseroderma (xeroderma

pigmentosum; XP) ir Kokaino (Cockayne) sindromas (CS) Abiejų sindromų būdingas bruožas yra jautrumas Saulės šviesai

8-12

Bazių neatitikimas yra dar viena DNR struktūros anomalija

DNR dvigubos spiralės struktūra paklūsta AT/GC bazių poravimosi taisyklei Tačiau DNR replikcijos metu dėl klaidos gali būti įjungta

netatitinkanti poros bazė

DNR polimerazei būdinga 3’-5’ korekcijos savybė, dėl kurios yra aptinkamas ir ištaisomas bazių neatitikimas

8-13

Neatitikimo reparacijos sistema aptinka ir ištaiso bazių porų neatitikimus

Tačiau jei ši korekcija nesuveikia, tada pradeda veikti metilo nukreipiama bazių neatitikimo reparacijos sistema

Ši reparacijos sistema randama visose organizmų rūšyse. Tai rodo jos gyvybinę svarbą

Žmogaus irganizme šios sistemos defektai yra siejami su kai kurių tipų navikų išsivystymu

8-14


Molekuliniai bazių neatitikimo reparacijos mechanizmai geriausiai ištyrinėti E. coli Dalyvauja trys baltymai - MutL, MutH ir MutS

Baltymai pavadinti “Mut”, kadangi jiems nesant mutacijų dažnis yra žymiai didesnis

Pagrindinė MutH ypatybė yra ta, kad jis gali atskirti tėvinę grandinę nuo dukterinės

Tėvinė grandinė yra metilinta, o dukterinė kol kas nemetilinta

8-15


8-16

Veikia kaip jungtis tarp MutS ir MutH

Metilo nukreipiama bazių neatitikimo reparacija E. coli

MutS baltymas aptinka neatitikimą. MutS/MutL kompleksas prisijungiaprie MutH, kuris jau yra prisijungęs prie hemimetilintos srities

Tėvinėgrandinė

Naujagrandinė

Neatitinkantibazė

MutH kirpimo vieta

MutH daro įpjovą nemetilintoje grandinėje.Egzonukleazė šioje vietoje pradedaskaidyti nemetilintą DNR ir sustojaiš karto už bazių neatitikimo

8-17Metilo nukreipiama bazių neatitikimo reparacija E. coli

MutH kirpimo vieta

DNR polimerazė užpildo spragą,DNR ligazė susiuva galus

Neatitinkanti bazė reparuota

Kai kurie DNR pažaidų tipai gali sustabdyti DNR replikaciją Pavyzdžiui, timino dimeras sustabdo suporuotos bazės

įjungimą į naujai susintetintą dukterinę grandinę Susidaro replikacijos spraga

Dėl šios spragos gali susidaryti chromosomų aberacijos ir kitos mutacijos

Tačiau šias spragas gali užpildyti rekombinacinė reparacija

8-18

Pažeista DNR gali būti reparuojama rekombinacijos būdu

8-19

DNR grandinės A ir C turi tas pačias sekas

DNR grandinės B ir D turi tas pačias sekas

Pastaba: Rekombinacinė reparacija vyksta tada, kai

jau yra dvi DNR kopijos

Vykstant rekombinacijai, A grandinės sritis yra pakeičiamaC grandinės tokia pačia sritimi

8-20

Spraga reparuojama, tačiau timino dimeras išlieka

Spraga, esant A grandinėje, užpildoma DNR polimerazės irDNR ligazės, panaudojant B grandinę kaip matricą

Ne visa DNR yra reparuojama vienodai intensyviai Aktyviai transkribuojami prokariotų ir eukariotų genai yra

reparuojami efektyviau, negu netranskribuojama DNR

DNR reparacijos fermentų pirmaeilis nukreipimas į aktyviai transkribuojamus genus suteikia keletą biologinių pranašumų 1. Aktyvių genų DNR struktūra yra mažiau kompaktiška

Todėl tokie genai yra jautresni DNR pažeidžiantiems veiksniams

2. DNR sritys, tyrinčios aktyvių genų, yra svarbesnės išgyvenamumui, negu netranskribuojamos sritys

8-21

Aktyviai transkribuojamos DNR reparacija

E. coli baltymas, vadinamas transkripciją ir reparaciją sujungiančiu faktoriumi (transcription-repair coupling factor; TRCF) tarpininkauja tarp DNR reparacijos ir transkripcijos Jis nukreipia NER sistemą į aktyviai transkribuojamus

genus, turinčius pažeistą DNR Ši sistema eukariotuose yra ištyrinėta menkiau;

nustatyta keletas baltymų, galinčių atlikti TRCF funkciją Šie baltymai nustatyti tiriant individus, pasižyminčius

dideliu mutacijų dažniu Pvz., tiriant Kokaino sindromą identifikuoti du genai – CS-A ir

CS-B, koduojantys baltymus, veikiančius kaip TRCF8-22

Aktyviai transkribuojamos DNR reparacija

8-23

TRCF

RNR polimerazė

Timino dimeras

Timino dimeras sustabdoRNR polimerazę

TRCF veikia kaip helikazė ir pašalina RNR polimerazęiš pažeistos srities

RNRpolimerazė (turi UvrA

jungimosivietą)

Vyksta NER reparacija

Uvr A/B kompleksas pritraukiamas, o TRCF paleidžiamas

Kai kurios pažaidos išvegia visų reparacijos sistemų ir lieka DNR Jos taip pat gali “išgyventi” ir iki DNR replikacijos

Replikacinės DNR polimerazės, tokios, kaip E. coli DNR pol III yra jautrios DNR struktūros pokyčiams Todėl jos negali vykdyti replikacijos, jei DNR struktūra yra

pažeista Pažeistos DNR replikacijai reikalingos specializuotos DNR

polimerazės8-24

Pažeistą DNR gali replikuoti pažaidas apeinančios DNR polimerazės

Šie specializuoti fermentai padeda vykti apeinančiai pažaidas DNR sintezei, (translesion DNA synthesis; TLS)

TLS polimerazės turi aktyvų centrą su laisva, paslankia kišene Todėl jos gali prisitaikyti prie aberantinių struktūrų, esančių

matricinėje grandinėje Neigiama TLS polimerazių savybė yra žemas replikacijos

tikslumas Klaidų (mutacijų) dažnis svyruoja nuo 10-2 iki 10-3

Kai replikacinė DNR polimerazė aptinka pažeistą DNR sritį, ji užleidžia vietą TLS polimerazei

8-25

E. coli apeinanti pažaidas replikacija vyksta esant ekstremalioms sąlygoms, kurias skatina DNR pažaidos

Šis reiškinys yra vadinamas SOS atsaku

Jo metu pradeda veikti keletas genų, kurių produktai reparuoja DNR, atstato replikaciją ir sustabdo priešlaikinį ląstelių dalijimąsi

Nereparuota pažeista DNR yra replikuojama DNR polimerazių II, IV ir V

8-26

8.2 DNR REKOMBINACIJA Genetinės rekombinacijos metu formuojasi

chromosomų trūkiai, o susidarę fragmentai jungiasi, sudarydami naujas kombinacijas

Skiriami trys pagrindiniai rekombinacijos tipai 1. Homologinė rekombinacija

Vyksta tarp homologinių DNR segmentų Būdinga visiem organizmams

2. Saitspecifinė rekombinacija Vyksta rekombinuojant nehomologiniams DNR segmentams

specifinėse vietose (saituose) 3. Transpozicija

Vyksta kai maži DNR segmentai, vadinami transpozonais, persikelia į įvairias chromosomų vietas

8-27

8-28Eukariotų chromosomų krosingoveris

Taip pat vadinami netėviniais genotipais

8.2.1 Homologinė rekombinacija Mejozės I ir retkarčiais mitozės metu vyksta krosingoveris

Tai yra DNR mainai tarp homologinių chromosomų neseserinių chromatidžių; jie sukuria naujas alelių kombinacijas

Anksčiau minėti seserinių chromatidžių mainai nesukuria naujų alelių kombinacijų, todėl nėra laikomi genetinės rekombinacijos forma

Kartais genetinė rekombinacija du skirtingus alelius paverčia dviem identiškais aleliais Procesas, kai vienas alelis yra paverčiamas kitu aleliu, yra

vadinamas genų konversija

Genų konversija gali atsirasti dviem būdais 1. DNR spragų reparacinės sintezės metu 2. Vykstant DNR bazių neatitikimo reparacijai

Genų konversijos priežastys

8-29

8-30Genų konversija, vykstanti spragų reparacijos metu

Viršutinė chromosoma turi recesyvinį b alelį, o apatinė chromosoma dominuojantį B alelį

Geno sritis

Įvyksta dvigrandinis trūkisrecesyviniame gene

Sritis, gretima dvigrandininiam trūkiui, Iškerpama, o tai pašalina recesyvinįb alelį

Baltymas RecA skatina grandinėsinvaziją ir D kilpos formavimąsi

8-31

Abidvi chromosomos turi B alelį

Genų konversija, vykstanti spragų reparacijos metu

Reparacinės sintezės metu dominuojančioB alelio DNR grandinė yra naudojama kaipmatrica spragai užtaisyti

Vykstant šiam procesui du mažai homologiški ar visiškai nehomologiški DNR segmentai gali rekombinuoti specifiniuose saituose Šie saitai yra palyginti trumpos DNR sekos, nurodančios

specifinę rekombinacijos vietą Chromosomų fragmentų karpymą ir susijungimą

katalizuoja specializuoti fermentai

Saitspecifinę rekombinaciją naudoja: Kai kurie virusai – savo DNR įterpti į šeimininko DNR Žinduoliai – antikūnų įvairovei sukurti

8.2.2 Saitspecifinė rekombinacija

8-32

Antikūnai arba imunoglobulinai (Ig) yra baltymai, gaminami imuninės sistemos B ląstelių Jų funkcija yra atpažinti svetimus darinius (virusus, bakterijs ir

kt.) ir nukreipti juos sunaikinimui Šie svetimi dariniai dar vadinami antigenais

Antigeno-antikūno atpažinimas yra labai specifinis Kiekvieno tipo antikūnas atpažįsta vieną epitopą

Kiekviena B ląstelė sintetina tik vieno tipo antikūnus Tačiau organizme yra milijonai B ląstelių, sintetinančių

skirtingus antikūnus

Antikūnų įvairovę sukuria saitspecifinė rekombinacija

8-33

Milijonų skirtingų antikūnų molekulių sintezė iškelia įdomų genetinį klausimą Jei viskas vyktų pagal standartinį mechanizmą, organizmui

reikėtų milijonų skirtingų antikūnų genų. Tuo tarpu visame žmogaus genome yra apie 35,000 genų (ar dar mažiau)

Taigi, kaip organizmai sukuria milijonus antikūnų molekulių su skirtingomis aminorūgščių sekomis polipeptiduose?

Išsivystė neįprastas procesas, kurio metu DNR yra kerpama ir susiuvama, vykstant saitspecifinei rekombinacijai Šiam mechanizmui įgyvendinti pakanka tik keleto didelių

antikūno pradinių genų Jų DNR yra pertvarkoma daugeliu skirtingų būdų, taip sukuriant

skirtingas aminorūgščių sekas8-34

Antikūnai yra tetrameriniai baltymai, sudaryti iš dviejų sunkių ir dviejų lengvų polipeptidinių grandinių

8-35

Sunkioji grandinė

Antigenas

Variabili sritis

Hipervariabili sritis

PastoviossritysLengvoji

grandinė

Specifinių antigenųprisijungimo sritys

Vienas lengvosios grandinės tipų yra (kapa) lengvoji grandinė Pradinį geną sudaro įvairios sekos arba domenai

Maždaug 300 variabilių domenų (V=Variable) Kiekvienas koduoja skirtingas aminorūgščių sekas

Keturi sujungimo domenai (J=Joining) Kiekvienas koduoja skirtingas aminorūgščių sekas

Vienas pastovus domenas (C=Constant)

8-36

Domenų išsidėstymas lengvosios grandinės pradiniame gene

Vykstant B ląstelių diferenciacijai lengvosios grandinės pradinis genas yra sukarpomas ir sujungiamas taip, kad vienas V domenas yra sugretinamas su J domenu

Rekombinacijos signalo seka yra randama kiekvieno V domeno pabaigoje ir kiekvieno J domeno pradžioje Ši vieta (saitas) dalyvauja saitspecifinėje rekombinacijoje

Rekombinaciją inicijuoja du baltymai - RAG1 ir RAG2 Jų pavadinimas yra akronimas nuo recombination-

activating gene

8-37

8-38

Susjungimas nėra visiškai preciziškas, todėl keletas bazių gali būti įterptos arba pamestos sandūros srityje. Tai sukuria papildomą antikūnų įvairovę

Lengvosios grandinės pradinis genas

RAG1 ir RAG2 katalizuoja trūkiųsusidarymą variabilaus domeno pabaigoje ir sujungimo domeno pradžioje. Pavyzdyjetai vyksta V78 pabaigoje ir J2 pradžioje

Tarpinė DNR pametama. NHEJbaltymas katalizuoja paskutiniojo Vdomeno ir pirmojo J domenosusijungimą

Nonhomologous DNA end joining

Genas transkribuojamas į mRNR pradedant paskutiniuojuvariabiliu domenu

8-39

Vyksta srities, esančios tarppirmojo J domeno ir C domenosplaisingas

mRNR yra transliuojama į polipetidą, sudarytą iš vieno V, vieno J ir vieno C domenų

Du lengvųjų grandinių polipeptidai Ir du sunkiųjų grandinių polipeptidaisudaro funkcionalų antikūno baltymą

Sunkiosios grandinės polipeptidas

Funkcionalus antikūnas,susidarantisvienojeB ląstelėje

Sunkiosios grandinės polipeptidai gali būti sukuriami, panaudojant panašų rekombinacijos mechanizmą

Sunkiosios grandinės pradinis genas turi Apie 500 variabilių domenų 4 sujungimo domenus 12 įvairovės domenų (D=Diversity ), randamų

tarp V ir J Pradžioje kombinuojami D ir J

Po to vyksta V rekombinacija su DJ Tie patys baltymai, katalizuojantys VJ susiliejimą,

dalyvauja ir sunkiosios grandinės geno rekombinacijoje

8-40

Visas šis procesas yra vadinamas V(D)J rekombinacija (D) vyksta tik sunkiosios grandinės gene

V(D)J rekombinacija sukuria didžiulę polipeptidų įvairovę Lengvoji grandinė

300 (V domenų) X 4 (J domenai)

= 1,200 galimų kombinacijų

Sunkioji grandinė 500 (V domenų) X 12 (D domenų) X 4 (J domenai)

= 24,000 galimų kombinacijų

Lengvosios ir sunkiosios grandinių kombinacijos sukuria 1,200 X 24,000 = 28,800,000 galimų antikūnų molekulių!!!

8-41

Transpozicija yra mažų DNR segmentų integracija į chromosomą Tai gali vykti daugelyje skirtingų genomo vietų

Šie DNR segmentai yra vadinami transpozabiliais elementais (TE) Kartais juos dar vadina “šokinėjančiais genais” (“jumping

genes”) TE pirmoji identifikavo Barbara McClintock,

tyrinėdama kukurūzus Po to buvo aptikta daugybė TE bakterijose, grybuose,

augaluose ir gyvūnuose

8.2.3 Transpozicija

8-42

Transpozonų fenotipinė raiška augaluose

Kukurūzo grūdas su spalvotomis aleurono dėmėmis Dėmės atsiranda dėl Ac-Ds sistemai priklausančių transpozonų

Žirnių požymis wrinkled, atsirandantis dėl traspozabilaus elemento insercijos į struktūrinį geną, koduojantį krakmolo sintezei reikalingą fermentą

8-43

Nustatyti trys pagrindiniai transpozicijos būdai 1. Paprasta transpozicija 2. Replikacinė transpozicija 3. Retrotranspozicija

Transpozicijos būdai

8-44

8-45

Šis mechanizmas taip dar vadinamas “cut-and-paste”

Plačiai aptinkamas bakterijose ir eukariotuose

a) Paprasta transpozicija

8-46

Vyksta TE replikacija ir kopijos insercija į kitą chromosomos vietą

Šis mechanizmas santykinai retas ir sutinkamas tik bakterijose

b) Replikacinė transpozicija

8-47

Šis mechanizmas labai dažnas, tačiau sutinkamas tik eukariotuose

Šio tipo elementai vadinami retroelementais, retrotranspozonais arba retropozonais (RE)

c) Retrotranspozicija

Transkripcija

Atvirkštinėtranskriptazė

Transpozabilių elementų DNR sekos yra kelių tipų Pagal tai, kokios sekos juos sudaro, skiriami šie

pagrindinai TE tipai Insercinės (įterptinės) sekos Sudėtiniai transpozonai Replikaciniai transpozonai Retroelementai

Virusų tipo Ne virusų tipo

Tačiau aptinkami ir įvairūs kiti TE struktūrų variantai

TE būdingos specifinės DNR sekos

8-48

8-49

Paprasčiausias TE

Tiesioginiai pasikartojimai

Randami šeimininko DNR

Katalizuoja transpoziciją

Invertuoti pasikartojimai

Invertuoti pasikartojimai yra tokios pačios, tik priešingų krypčių, DNR sekos

5’ CTGACTCTT 3’3’ GACTGAGAA 5’

5’ AAGAGTCAG 3’3’ TTCTCAGTC 5’

ir

Ilgis varijuoja nuo 9 iki 40 bp

a) Elementai, judantys po genomą paprastos transpozicijos būdu

Transpozazės genas

Insercinė seka

8-50

Turi papildomų genų, nereikalingų transpozicijai vykti

Tik dvi invertuotos kartotinės sekos transpozono galuose dalyvauja transpozicijoje

Suteikia selektyvinį pranašumą

a) Elementai, judantys po genomą paprastos transpozicijos būdu

Sudėtinis transpozonas

Transpozazėsgenas

Atsparumo antibiotikams

genas

8-51

Sandara panaši į insercinės sekos Skirtumas tas, kad tarp invertuotų sekų randamas rezolvazės genas

Transpozazė ir rezolvazė reikalingos šio tipo elemntų transpozicijos katalizei

b) Elementai, judantys po genomą replikacinės transpozicijos būdu

Replikacinis transpozonas

Transpozazėsgenas

Rezolvazėsgenas

8-52

Evoliuciškai susijęs su žinomais retrovirusais

Kaip ir jų virusiniai atitikmenys, jie koduoja virusinius baltymus, reikalingus transpozicijai

Ilgos terminalinės kartotinės sekos

Dažniausiai kelių šimtų nukleotidų ilgio

c) Elementai, judantys po genomą retrotranspozicijos būdu

Retroelementų sandara yra gana įvairi Jie klasifikuojami, remiantis evoliuciniais ryšiais su

retrovirusų sekomis Retrovirusai yra RNR virusai, gaminantys DNR kopiją, kuri

integruojasi į šeimininko genomą

Virusų tipo retroelementas

Atvirkštinėstranskriptazės

genas

Integrazėsgenas

8-53

Daugelis nepasižymi sekų panašumu Evoliuciškai yra kilę iš normalių eukariotinių genų

Pavyzdys Kartotinių sekų Alu šeima yra kilusi iš vieno senovinio pirmtako geno,

žinomo kaip 7SL RNR genas Šio geno seka retropozicijos būdu nukopijuota daugiau nei 500,000

kartų Tai sudaro maždaug 5-6% žmogaus genomo

c) Elementai, judantys po genomą retrotranspozicijos būdu

Ne virusų tipo retroelementas

Atvirkštinėstranskriptazės

genas

TE gali būti pilni (arba autonomiški), kai jie turi visą informaciją, būtiną transpozicijai vykti

TE yra nepilni (arba neautonomiški), kai jiems trūksta geno(ų), reikalingų transpozicijai vykti

Kukurūzų Ds elementas (Dissociation) yra nepilnas Jam trūksta transpozazės geno

Pilna šio TE versija yra Ac lokusas (Activator) Jis turi transpozazę

Todėl nepilno TE (tokio kaip Ds) transpozicija gali vykti tik tada, jei kitoje chromosomos srityje yra transpozazės genas (pvz., Ac lokuse)

8-54

Pastarųjų dešimtmečių tyrimai rodo, kad TE, greičiausiai, yra visų rūšių genomuose

TE turi įtakos mutacijoms ir evoliucijai

8-55

Kai kuriais atvejais eukariotų genomo kartotinės sekos yra susidariusios dėl TE proliferacijos

Žinduoliuose randamos kartotinės sekos: LINEs

Long interspersed elements Dažniausiai nuo 1,000 iki 5,000 bp ilgio Genome aptinkama nuo 20,000 iki 100,000 kopijų

SINEs Short interspersed elements Trumpesni nei 500 bp Pavyzdys: Alu sekos

Žmogaus genome yra nuo 500,000 iki 1,000,000 kopijų

Transpozonų biologinė reikšmė evoliucijai yra diskutuojama

Dvi pagrindinės hipotezės: 1. TE egzistuoja tiesiog todėl, kad jie tai gali!

Kitaip tariant, jie yra kaip parazitai Jie gali daugintis kartu su šeimininku, kol nesukelia šeimininkui

tokios žalos, kuri reikšmingai sumažintų jo išgyvenimo galimybes Ši hipotezė vadinama savanaudiškos (selfish) DNR teorija

2. TE egzistuoja todėl, kad jie suteikia organizmui tam tikrą pranašymą

Bakteriniai TE perneša atsparumo antibiotikams genus TE gali padidinti genetinę įvairovę vykstant rekombinacijai TE gali sukelti egzonų inserciją į struktūrinių genų koduojančias

sekas Šis reiškinys, vadinamas egzonų perkėlimu (exon shuffling), gali

skatinti išsivystymą genų, pasižyminčių įvairesnėmis funkcijomis8-56

Viena aišku: TE gali greitai patekti į organizmo genomą ir ten

proliferuoti

Drosophila melanogaster TE, vadinamas P elementu, atsirado rūšies genome apie 1950

metus Per pastaruosius 50 metų P išplito visose pasaulio D.

melanogaster populiacijose Vieninteliai kamienai be P elemento yra D. melanogaster linijos,

surinktos gamtoje iki 1950 m.

TE gali veikti chromosomų struktūrą ir genų ekspresiją

8-57

Galimos transpozicijos pasekmės

Pasekmė Priežastis

Chromosomų struktūra

Chromosomų trūkiai TE ekscizija

Chromosomų persitvarkymai

Homologinė rekombinacija tarp TE, esančių skirtingose genomo vietose

Genų ekspresija

Mutacijos Klaidinga TE ekscizija

Genų inaktyvacija TE insercija į geną

Genų reguliacijos sutrikimas Geno transpozicija prie reguliacinės sekos arba reguliacinės sekos transpozicija prie geno

Egzonų struktūros pakitimas

Egzonų insercija per TE į struktūrinių genų koduojančias sekas

Genų duplikacijos Sudėtinio transpozono susidarymas ir kopijos perkėlimas į kitą genomo vietą

8-58

Kadangi nemaža dalis pasekmių gali būti žalingos, transpozicijos reiškinys paprastai yra griežtai reguliuojamas

Ji vyksta tik keletoje individų esant tam tinkroms sąlygoms Tokie veiksniai kaip radiacija, cheminiai mutagenai ir

hormonai stimuliuoja TE judėjimą Jei reiškinys nėra griežtai reguliuojamas, jis gali būti žalingas

Drosophila melanogaster

8-59

M linijos patelės

(neturi P elemento)

P linijos patinai

(turi daug P elementų) X

Palikuonims būdingos įvairios anomalijos (tarp jų didelis mutacijų ir chromosomų aberacijų dažnis)

Šis žalingas reiškinys, vadinamas hibridų disgeneze, pasireiškia dėl to, kad P elementai gali laisvai transpozuotis

dnr reparacija, rekombinacija ir transpozicija

Documents