DNR REPARACIJA REKOMBINACIJA IR TRANSPOZICIJA 8 1 DNR

DNR REPARACIJA, REKOMBINACIJA IR TRANSPOZICIJA

8. 1 DNR REPARACIJA n Kadangi dauguma mutacijų yra žalingos, DNR reparacijos sistemos yra gyvybiškai svarbios organizmo išgyvenimui n n Ląstelėse yra keletas DNR reparacijos sistemų, ištaisančių skirtingų tipų DNR pažaidas Daugeliu atveju DNR reparacija yra daugiapakopis procesas n n n 1. Surandama DNR struktūros anomalija 2. Nenormali DNR pašalinama 3. Sintetinama normali DNR 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

Pažeistos bazės gali būti reparuojamos tiesiogiai n Keletu atvejų nukleotidų kovalentinės modifikacijos gali būti tiesiogiai pašalintos, veikiant specialiems fermentams n Fotoliazė gali reparuoti timino dimerus n n Ji perskelia dimerus, atstatydama normalią DNR struktūrą O 6 -alkilguanino alkiltransferazė reparuoja alkilintas bazes n Ji perneša metilo ar etilo grupę nuo bazės ant alkiltransferazės baltymo cisteino n Ši reakcija negrįžtamai inhibuoja alkiltransferazę 8 -4

DNR fotoliazė kerpa dvi jungtis tarp timino dimero Atstatoma normali dviejų timinų struktūra a) Tiesioginė timino dimero reparacija Alkiltransferazė katalizuoja alkilo grupės pašalinimą Atstatoma normali guanino struktūra b) Metilintos bazės tiesioginė reparacija Tiesioginė pažeistų DNR bazių reparacija 8 -5

Bazių ekscizijos reparacija pašalina pažeistą DNR n Bazių ekscizijos reparacijoje (BER) dalyvauja fermentai, priklausantys DNR-N-glikozilazių klasei n n 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: n n Uracilą; timino dimerus 3 -metiladeniną; 7 -metilguaniną 8 -6

N-glikozilazė atpažįsta nenormalią bazę ir nukerpa jungtį tarp bazės ir fosfodezoksiribozinio karkaso Priklausomai nuo to, kas yra pašalinamas – purinas ar pirimidinas, susidaro apurininiai arba apirimidininiai saitai Apirimidininis nukleotidas AP endonukleazė atpažįsta trūkstamą bazę ir kerpa DNR karkasą trūkstamos bazės 5’ pusėje Įkarpa DNR polimerazė naudoja 5’-3’ egzonukleazinį aktyvumą pažeistai sričiai pašalinti; susidariusi spraga užpildoma normaliais nukleotidais; ligazė susiuva srities kraštus Įkarpos replikacija (nick replication) būtų tikslesnis terminas Įkarpos transliacijos regionas 8 -7

Nukleotidų ekscizijos reparacija pašalina pažeistos DNR segmentus n n Svarbus bendrasis DNR reparacijos procesas yra nukleotidų ekscizijos reparacija (NER) Šis reparacijos tipas gali reparuoti daugelį skirtingų DNR pažaidų tipų, tarp jų n n timino dimerus ir chemiškai modifikuotas bazes NER yra randama visuose prokariotuose ir eukariotuose n Jos molekuliniai mechanizmai geriau ištyrinėti prokariotų ląstelėse 8 -8

Nukleotidų ekscizijos reparacija pašalina pažeistos DNR segmentus n E. coli NER sistemai veikti reikia keturių pagrindinių baltymų n Jie žymimi Uvr. A, Uvr. B, Uvr. C ir Uvr. D n Pavadinti taip dėl to, kad dalyvauja ultravioleto šviesos indukuotų timino dimerų reparacijoje n n n Jie taip pat dalyvauja reparuojant chemines DNR pažaidas Uvr. A, B, C ir D atpažįsta ir pašalina trumpą pažeistos DNR segmentą DNR polimerazės ir ligazė baigia reparacijos procesą 8 -9

Timino dimeras Uvr. AB kompleksas slenka DNR, ieškodamas DNR pažaidų Aptikus pažaidą, Uvr. A yra pašalinami, o vietoje jų prisijungia Uvr C padaro įpjovas abiejose timino dimero pusėse 8 -10

Dažniausiai įpjovos yra daromos 4 -5 nukleotidų atstumu nuo pažaidos 3’galo ir 8 nukleotidų atstumu nuo 5’ galo Įpjova Uvr D yra helikazė, pašalinanti pažeistą sritį. Uvr B ir C yra paleidžiami iš komplekso DNR polimerazė užpildo spragą, o DNR ligazė susiuva Timino dimero nebėra 8 -11

Nukleotidų ekscizijos reparacija pašalina pažeistos DNR segmentus Keletas žmogaus ligų išsivysto dėl paveldimų defektų NER genuose n n Šių ligų pavyzdžiai yra pigmentinė kseroderma (xeroderma pigmentosum; XP) ir Kokaino (Cockayne) sindromas (CS) n n Abiejų sindromų būdingas bruožas yra jautrumas Saulės šviesai Pigmentinę kserodermą gali sukelti defektai septyniuose skirtinguose NER genuose 8 -12

Neatitikimo reparacijos sistema aptinka ir ištaiso bazių porų neatitikimus n n Bazių neatitikimas yra dar viena DNR struktūros anomalija DNR dvigubos spiralės struktūra paklūsta AT/GC bazių poravimosi taisyklei n n 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 n n n 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

Neatitikimo reparacijos sistema aptinka ir ištaiso bazių porų neatitikimus n Molekuliniai bazių neatitikimo reparacijos mechanizmai geriausiai ištyrinėti E. coli n Dalyvauja trys baltymai - Mut. L, Mut. H ir Mut. S n n Baltymai pavadinti “Mut”, kadangi jiems nesant mutacijų dažnis yra žymiai didesnis Pagrindinė Mut. H ypatybė yra ta, kad jis gali atskirti tėvinę grandinę nuo dukterinės n Tėvinė grandinė yra metilinta, o dukterinė kol kas nemetilinta 8 -15

Mut. S baltymas aptinka neatitikimą. Mut. S/Mut. L kompleksas prisijungia prie Mut. H, kuris jau yra prisijungęs prie hemimetilintos srities Tėvinė grandinė Veikia kaip jungtis tarp Mut. S ir Mut. H Nauja grandinė Neatitinkanti bazė Mut. H daro įpjovą nemetilintoje grandinėje. Egzonukleazė šioje vietoje pradeda skaidyti nemetilintą DNR ir sustoja iš karto už bazių neatitikimo Mut. H kirpimo vieta Metilo nukreipiama bazių neatitikimo reparacija E. coli 8 -16

Mut. H kirpimo vieta DNR polimerazė užpildo spragą, DNR ligazė susiuva galus Neatitinkanti bazė reparuota Metilo nukreipiama bazių neatitikimo reparacija E. coli 8 -17

Pažeista DNR gali būti reparuojama rekombinacijos būdu n Kai kurie DNR pažaidų tipai gali sustabdyti DNR replikaciją n n 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

DNR grandinės A ir C turi tas pačias sekas DNR grandinės B ir D turi tas pačias sekas Vykstant rekombinacijai, A grandinės sritis yra pakeičiama C grandinės tokia pačia sritimi Pastaba: Rekombinacinė reparacija vyksta tada, kai jau yra dvi DNR kopijos 8 -19

Spraga, esant A grandinėje, užpildoma DNR polimerazės ir DNR ligazės, panaudojant B grandinę kaip matricą Spraga reparuojama, tačiau timino dimeras išlieka 8 -20

Aktyviai transkribuojamos DNR reparacija n Ne visa DNR yra reparuojama vienodai intensyviai n n Aktyviai transkribuojami prokariotų ir eukariotų genai yra reparuojami efektyviau, negu netranskribuojama DNR reparacijos fermentų pirmaeilis nukreipimas į aktyviai transkribuojamus genus suteikia keletą biologinių pranašumų n 1. Aktyvių genų DNR struktūra yra mažiau kompaktiška n n 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 n E. coli baltymas, vadinamas transkripciją ir reparaciją sujungiančiu faktoriumi (transcriptionrepair coupling factor; TRCF) tarpininkauja tarp DNR reparacijos ir transkripcijos n n Jis nukreipia NER sistemą į aktyviai transkribuojamus genus, turinčius pažeistą DNR Ši sistema eukariotuose yra ištyrinėta menkiau; nustatyta keletas baltymų, galinčių atlikti TRCF funkciją n 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 TRCF n 8 -22

RNR polimerazė Timino dimeras sustabdo RNR polimerazę TRCF veikia kaip helikazė ir pašalina RNR polimerazę iš pažeistos srities RNR polimerazė (turi Uvr. A jungimosi vietą) Uvr A/B kompleksas pritraukiamas, o TRCF paleidžiamas TRCF Vyksta NER reparacija 8 -23

Pažeistą DNR gali replikuoti pažaidas apeinančios DNR polimerazės n Kai kurios pažaidos išvegia visų reparacijos sistemų ir lieka DNR n n Jos taip pat gali “išgyventi” ir iki DNR replikacijos Replikacinės DNR polimerazės, tokios, kaip E. coli DNR pol III yra jautrios DNR struktūros pokyčiams n n Todėl jos negali vykdyti replikacijos, jei DNR struktūra yra pažeista Pažeistos DNR replikacijai reikalingos specializuotos DNR polimerazės 8 -24

n n Šie specializuoti fermentai padeda vykti apeinančiai pažaidas DNR sintezei, (translesion DNA synthesis; TLS) TLS polimerazės turi aktyvų centrą su laisva, paslankia kišene n n Todėl jos gali prisitaikyti prie aberantinių struktūrų, esančių matricinėje grandinėje Neigiama TLS polimerazių savybė yra žemas replikacijos tikslumas n n 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

n n E. coli apeinanti pažaidas replikacija vyksta esant ekstremalioms sąlygoms, kurias skatina DNR pažaidos Šis reiškinys yra vadinamas SOS atsaku n n 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 n n Genetinės rekombinacijos metu formuojasi chromosomų trūkiai, o susidarę fragmentai jungiasi, sudarydami naujas kombinacijas Skiriami trys pagrindiniai rekombinacijos tipai n 1. Homologinė rekombinacija n n n 2. Saitspecifinė rekombinacija n n Vyksta tarp homologinių DNR segmentų Būdinga visiem organizmams Vyksta rekombinuojant nehomologiniams DNR segmentams specifinėse vietose (saituose) 3. Transpozicija n Vyksta kai maži DNR segmentai, vadinami transpozonais, persikelia į įvairias chromosomų vietas 8 -27

8. 2. 1 Homologinė rekombinacija n Mejozės I ir retkarčiais mitozės metu vyksta krosingoveris n Tai yra DNR mainai tarp homologinių chromosomų neseserinių chromatidžių; jie sukuria naujas alelių kombinacijas n Anksčiau minėti seserinių chromatidžių mainai nesukuria naujų alelių kombinacijų, todėl nėra laikomi genetinės rekombinacijos forma Taip pat vadinami netėviniais genotipais Eukariotų chromosomų krosingoveris 8 -28

Genų konversijos priežastys n Kartais genetinė rekombinacija du skirtingus alelius paverčia dviem identiškais aleliais n n Procesas, kai vienas alelis yra paverčiamas kitu aleliu, yra vadinamas genų konversija Genų konversija gali atsirasti dviem būdais n n 1. DNR spragų reparacinės sintezės metu 2. Vykstant DNR bazių neatitikimo reparacijai 8 -29

Viršutinė chromosoma turi recesyvinį b alelį, o apatinė chromosoma dominuojantį B alelį Geno sritis Įvyksta dvigrandinis trūkis recesyviniame gene Sritis, gretima dvigrandininiam trūkiui, Iškerpama, o tai pašalina recesyvinį b alelį Baltymas Rec. A skatina grandinės invaziją ir D kilpos formavimąsi Genų konversija, vykstanti spragų reparacijos metu 8 -30

Reparacinės sintezės metu dominuojančio B alelio DNR grandinė yra naudojama kaip matrica spragai užtaisyti Abidvi chromos turi B alelį Genų konversija, vykstanti spragų reparacijos metu 8 -31

8. 2. 2 Saitspecifinė rekombinacija n Vykstant šiam procesui du mažai homologiški ar visiškai nehomologiški DNR segmentai gali rekombinuoti specifiniuose saituose n n n Šie saitai yra palyginti trumpos DNR sekos, nurodančios specifinę rekombinacijos vietą Chromosomų fragmentų karpymą ir susijungimą katalizuoja specializuoti fermentai Saitspecifinę rekombinaciją naudoja: n n Kai kurie virusai – savo DNR įterpti į šeimininko DNR Žinduoliai – antikūnų įvairovei sukurti 8 -32

Antikūnų įvairovę sukuria saitspecifinė rekombinacija n Antikūnai arba imunoglobulinai (Ig) yra baltymai, gaminami imuninės sistemos B ląstelių n n n Antigeno-antikūno atpažinimas yra labai specifinis n n Jų funkcija yra atpažinti svetimus darinius (virusus, bakterijs ir kt. ) ir nukreipti juos sunaikinimui Šie svetimi dariniai dar vadinami antigenais Kiekvieno tipo antikūnas atpažįsta vieną epitopą Kiekviena B ląstelė sintetina tik vieno tipo antikūnus n Tačiau organizme yra milijonai B ląstelių, sintetinančių skirtingus antikūnus 8 -33

n Milijonų skirtingų antikūnų molekulių sintezė iškelia įdomų genetinį klausimą n n n 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 n Šiam mechanizmui įgyvendinti pakanka tik keleto didelių antikūno pradinių genų n Jų DNR yra pertvarkoma daugeliu skirtingų būdų, taip sukuriant skirtingas aminorūgščių sekas 8 -34

n Antikūnai yra tetrameriniai baltymai, sudaryti iš dviejų sunkių ir dviejų lengvų polipeptidinių grandinių Specifinių antigenų prisijungimo sritys Antigenas Variabili sritis Hipervariabili sritis Lengvoji grandinė Pastovios sritys Sunkioji grandinė 8 -35

Domenų išsidėstymas lengvosios grandinės pradiniame gene n Vienas lengvosios grandinės tipų yra k (kapa) lengvoji grandinė n Pradinį geną sudaro įvairios sekos arba domenai n Maždaug 300 variabilių domenų (V=Variable) n n Keturi sujungimo domenai (J=Joining) n n Kiekvienas koduoja skirtingas aminorūgščių sekas Vienas pastovus domenas (C=Constant) 8 -36

n n Vykstant B ląstelių diferenciacijai k 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 n n Ši vieta (saitas) dalyvauja saitspecifinėje rekombinacijoje Rekombinaciją inicijuoja du baltymai - RAG 1 ir RAG 2 n Jų pavadinimas yra akronimas nuo recombinationactivating gene 8 -37

Lengvosios grandinės pradinis genas RAG 1 ir RAG 2 katalizuoja trūkių susidarymą variabilaus domeno pabaigoje ir sujungimo domeno pradžioje. Pavyzdyje tai vyksta V 78 pabaigoje ir J 2 pradžioje Susjungimas nėra visiškai preciziškas, todėl keletas bazių gali būti įterptos arba pamestos sandūros srityje. Tai sukuria papildomą antikūnų įvairovę Tarpinė DNR pametama. NHEJ baltymas katalizuoja paskutiniojo V domeno ir pirmojo J domeno susijungimą Nonhomologous DNA end joining Genas transkribuojamas į m. RNR pradedant paskutiniuoju variabiliu domenu 8 -38

Vyksta srities, esančios tarp pirmojo J domeno ir C domeno splaisingas m. RNR yra transliuojama į polipetidą, sudarytą iš vieno V, vieno J ir vieno C domenų Du lengvųjų grandinių polipeptidai Ir du sunkiųjų grandinių polipeptidai sudaro funkcionalų antikūno baltymą Sunkiosios grandinės polipeptidas Funkcionalus antikūnas, susidarantis vienoje B ląstelėje 8 -39

n Sunkiosios grandinės polipeptidai gali būti sukuriami, panaudojant panašų rekombinacijos mechanizmą n n n Sunkiosios grandinės pradinis genas turi n Apie 500 variabilių domenų n 4 sujungimo domenus n 12 įvairovės domenų (D=Diversity ), randamų tarp V ir J Pradžioje kombinuojami D ir J n Po to vyksta V rekombinacija su DJ Tie patys baltymai, katalizuojantys VJ susiliejimą, dalyvauja ir sunkiosios grandinės geno rekombinacijoje 8 -40

n Visas šis procesas yra vadinamas V(D)J rekombinacija n n (D) vyksta tik sunkiosios grandinės gene V(D)J rekombinacija sukuria didžiulę polipeptidų įvairovę n Lengvoji grandinė n n Sunkioji grandinė n n 300 (V domenų) X 4 (J domenai) = 1, 200 galimų kombinacijų 500 (V domenų) X 12 (D domenų) X 4 (J domenai) = 24, 000 galimų kombinacijų Lengvosios ir sunkiosios grandinių kombinacijos sukuria n 1, 200 X 24, 000 = 28, 800, 000 galimų antikūnų molekulių!!! 8 -41

8. 2. 3 Transpozicija n Transpozicija yra mažų DNR segmentų integracija į chromosomą n n Šie DNR segmentai yra vadinami transpozabiliais elementais (TE) n n Tai gali vykti daugelyje skirtingų genomo vietų Kartais juos dar vadina “šokinėjančiais genais” (“jumping genes”) TE pirmoji identifikavo Barbara Mc. Clintock, tyrinėdama kukurūzus n Po to buvo aptikta daugybė TE bakterijose, grybuose, augaluose ir gyvūnuose 8 -42

Transpozonų fenotipinė raiška augaluose n Kukurūzo grūdas su spalvotomis aleurono dėmėmis n n 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

Transpozicijos būdai n Nustatyti trys pagrindiniai transpozicijos būdai n n n 1. Paprasta transpozicija 2. Replikacinė transpozicija 3. Retrotranspozicija 8 -44

a) Paprasta transpozicija n Šis mechanizmas taip dar vadinamas “cut-and-paste” n Plačiai aptinkamas bakterijose ir eukariotuose 8 -45

b) Replikacinė transpozicija n n Vyksta TE replikacija ir kopijos insercija į kitą chromos vietą Šis mechanizmas santykinai retas ir sutinkamas tik bakterijose 8 -46

Transkripcija Atvirkštinė transkriptazė c) Retrotranspozicija n n Šis mechanizmas labai dažnas, tačiau sutinkamas tik eukariotuose Šio tipo elementai vadinami retroelementais, retrotranspozonais arba retropozonais (RE) 8 -47

TE būdingos specifinės DNR sekos n n Transpozabilių elementų DNR sekos yra kelių tipų Pagal tai, kokios sekos juos sudaro, skiriami šie pagrindinai TE tipai n n Insercinės (įterptinės) sekos Sudėtiniai transpozonai Replikaciniai transpozonai Retroelementai n n n Virusų tipo Ne virusų tipo Tačiau aptinkami ir įvairūs kiti TE struktūrų variantai 8 -48

a) Elementai, judantys po genomą paprastos transpozicijos būdu Tiesioginiai pasikartojimai Randami šeimininko DNR Invertuoti pasikartojimai Ilgis varijuoja nuo 9 iki 40 bp Katalizuoja transpoziciją Transpozazės genas Insercinė seka n Paprasčiausias TE Invertuoti pasikartojimai yra tokios pačios, tik priešingų krypčių, DNR sekos 5’ CTGACTCTT 3’ 3’ GACTGAGAA 5’ ir 5’ AAGAGTCAG 3’ 3’ TTCTCAGTC 5’ 8 -49

a) Elementai, judantys po genomą paprastos transpozicijos būdu Suteikia selektyvinį pranašumą Transpozazės genas Sudėtinis transpozonas n n Atsparumo antibiotikams genas Turi papildomų genų, nereikalingų transpozicijai vykti Tik dvi invertuotos kartotinės sekos transpozono galuose dalyvauja transpozicijoje 8 -50

b) Elementai, judantys po genomą replikacinės transpozicijos būdu Transpozazės genas Rezolvazės genas Replikacinis transpozonas n Sandara panaši į insercinės sekos n n Skirtumas tas, kad tarp invertuotų sekų randamas rezolvazės genas Transpozazė ir rezolvazė reikalingos šio tipo elemntų transpozicijos katalizei 8 -51

c) Elementai, judantys po genomą retrotranspozicijos būdu n n Retroelementų sandara yra gana įvairi Jie klasifikuojami, remiantis evoliuciniais ryšiais su retrovirusų sekomis n Retrovirusai yra RNR virusai, gaminantys DNR kopiją, kuri integruojasi į šeimininko genomą Atvirkštinės transkriptazės genas Integrazės genas Virusų tipo retroelementas n n Ilgos terminalinės kartotinės sekos Dažniausiai kelių šimtų nukleotidų ilgio Evoliuciškai susijęs su žinomais retrovirusais Kaip ir jų virusiniai atitikmenys, jie koduoja virusinius baltymus, reikalingus transpozicijai 8 -52

c) Elementai, judantys po genomą retrotranspozicijos būdu Atvirkštinės transkriptazės genas Ne virusų tipo retroelementas n Daugelis nepasižymi sekų panašumu n n Evoliuciškai yra kilę iš normalių eukariotinių genų Pavyzdys n n Kartotinių sekų Alu šeima yra kilusi iš vieno senovinio pirmtako geno, žinomo kaip 7 SL RNR genas Šio geno seka retropozicijos būdu nukopijuota daugiau nei 500, 000 kartų n Tai sudaro maždaug 5 -6% žmogaus genomo 8 -53

n n 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 n Kukurūzų Ds elementas (Dissociation) yra nepilnas n n Pilna šio TE versija yra Ac lokusas (Activator) n n Jam trūksta transpozazės geno Jis turi transpozazę Todėl nepilno TE (tokio kaip Ds) transpozicija gali vykti tik tada, jei kitoje chromos srityje yra transpozazės genas (pvz. , Ac lokuse) 8 -54

TE turi įtakos mutacijoms ir evoliucijai n n n Pastarųjų dešimtmečių tyrimai rodo, kad TE, greičiausiai, yra visų rūšių genomuose Kai kuriais atvejais eukariotų genomo kartotinės sekos yra susidariusios dėl TE proliferacijos Žinduoliuose randamos kartotinės sekos: n LINEs n n Long interspersed elements Dažniausiai nuo 1, 000 iki 5, 000 bp ilgio Genome aptinkama nuo 20, 000 iki 100, 000 kopijų SINEs n n n Short interspersed elements Trumpesni nei 500 bp Pavyzdys: Alu sekos n Žmogaus genome yra nuo 500, 000 iki 1, 000 kopijų 8 -55

n n Transpozonų biologinė reikšmė evoliucijai yra diskutuojama Dvi pagrindinės hipotezės: n 1. TE egzistuoja tiesiog todėl, kad jie tai gali! n Kitaip tariant, jie yra kaip parazitai n n n 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 n n n Bakteriniai TE perneša atsparumo antibiotikams genus TE gali padidinti genetinę įvairovę vykstant rekombinacijai TE gali sukelti egzonų inserciją į struktūrinių genų koduojančias sekas n Šis reiškinys, vadinamas egzonų perkėlimu (exon shuffling), gali skatinti išsivystymą genų, pasižyminčių įvairesnėmis funkcijomis 8 -56

n Viena aišku: n n TE gali greitai patekti į organizmo genomą ir ten proliferuoti Drosophila melanogaster n n 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

n Kadangi nemaža dalis pasekmių gali būti žalingos, transpozicijos reiškinys paprastai yra griežtai reguliuojamas n n n 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 n Drosophila melanogaster M linijos patelės (neturi P elemento) n n X P linijos patinai (turi daug P elementų) 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 8 -59