„Transzpozon” változatai közötti eltérés

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Laptörténet interaktív böngészése
[ellenőrzött változat][ellenőrzött változat]
← Régebbi szerkesztésÚjabb szerkesztés →
Tartalom törölve Tartalom hozzáadva
VizuálisWikiszöveges
Dexbot (vitalap | szerkesztései)
16 053 szerkesztés
a Removing Link FA template (handled by wikidata)
Nincs szerkesztési összefoglaló
1. sor: 1. sor:
[[File:Composite transposon.svg|thumb|right|350px|Baktérium DNS-transzpozonjának felépítése]]
{{részben nincs forrás}}
A '''transzpozonok''' (korábbi nevükön ugráló gének vagy génszakaszok) a [[DNS (biológia)|DNS]]-molekulán található, helyüket változtató gének. A transzpozonokat [[Barbara McClintock]] (1902–1992) amerikai citogenetikus fedezte fel, ennek az eredménynek köszönhetően 1983-ban [[fiziológiai és orvostudományi Nobel-díj]]ban részesült.<ref name="nobeldij">{{cite web|url=http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1983/index.html|title=The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1983|publisher=[[Nobel Foundation]]|language=angol|accessdate=2014-03-03}}</ref>


A '''transzpozonok''' olyan [[Dezoxiribonukleinsav|DNS]]-szakaszok, amelyek képesek megváltoztatni helyüket a [[Genom|genomon]] belül. Ezt vagy maguk lemásolásával és másolat egy másik helyre való beillesztésével ([[retrotranszpozon|retrotranszpozonok]]); vagy maguk kivágásával és átillesztésével ([[DNS-transzpozon|DNS-transzpozonok]]) végzik. Ha a cél helyén egy működő [[gén]] van, azt tönkretehetik, [[Mutáció|mutációt]] idézve elő. A transzpozonokat először [[Barbara McClintock]] írta le, aki 1983-ban [[Fiziológiai és orvostudományi Nobel-díj|Nobel-díjat]] kapott a felfedezéséért.<ref>{{cite journal |last=McClintock |first=Barbara |date=June 1950 |title=The origin and behavior of mutable loci in maize |journal=Proc Natl Acad Sci U S A. |volume=36 |issue=6 |pages=344–55 |pmid=15430309 |doi=10.1073/pnas.36.6.344 |pmc=1063197 |bibcode=1950PNAS...36..344M}}</ref>
A retrotranszpozonok a [[retrovírus]]okhoz hasonlóan viselkednek.


A transzpozonok az [[Eukarióták|eukarióta]] genomok tekintélyes hányadát teszik ki: emberben kb. 45%-ot, míg a [[Kukorica (növényfaj)|kukoricában]] a 85%-ot is meghaladja arányuk.
== Jegyzetek ==
{{jegyzetek}}
{{csonk-genetika}}


== Felfedezése ==
A transzpozonokat Barbara McClintock fedezte fel kukoricagenetikai kísérletei során a [[Cold Spring Harbor Laboratory]]-ban.<ref name="McGrayne165">{{cite book |first=Sharon Bertsch |last=McGrayne |title=Nobel Prize Women in Science: Their Lives, Struggles, and Momentous Discoveries |url=https://books.google.com/books?id=e7NaAAAAYAAJ |year=1998 |publisher=Carol Publishing |isbn=978-0-9702256-0-3 |edition=2nd |ref=harv |page=165}}</ref> McClintock az 1940-es években olyan kukoricatörzset tenyésztett ki, amely önbeporzások hosszú sorából származott és a 9. kromoszómájának vége letört.<ref name="McGrayne165" /> A növényeken szokatlan elszíneződéseket figyelt meg, például az egyik levélen két egyforma fehér foltot talált egymás mellett. McClintock feltételezte, hogy a sejtek osztódásuk során géneket veszíthettek el, de amikor megvizsgálta a [[Kromoszóma|kromoszómáikat]], azt találta, hogy annak egyes kis régiói a kromoszóma más részére vándoroltak át. Ez ellentmondott a korabeli nézeteknek, miszerint a géneknek fix helyük van a kromoszómán belül. McClintock ugráló génjei nemcsak elmozdultak, de más géneket is ki- vagy bekapcsoltak közben és az általuk okozott mutációk visszafordíthatónak bizonyultak. McClintock 1951-ben publikálta felfedezéseit, amelyeket a tudományos közvélemény közönnyel fogadott. Csak az 1960-as évek végén ismerték fel kutatásainak jelentőségét, amikor hasonló jelenségeket találtak baktériumokban is<ref>{{cite book |first=Julie |last=Des Jardins |title=The Madame Curie Complex: The Hidden History of Women in Science |url=https://books.google.com/books?id=HULGDNDSenYC&pg=PA246 |year=2010 |publisher=Feminist Press at CUNY |isbn=978-1-55861-655-4 |page=246}}</ref> és 1983-ban orvostudományi Nobel-díjjal jutalmazták.<ref> {{cite book |editor-first=Nina |editor-last=Fedoroff |editor2-first=David |editor2-last=Botstein |title=The Dynamic Genome: Barbara McClintock's Ideas in the Century of Genetics |url=https://books.google.com/books?id=BF1xfIGd0b4C&pg=PA2 |date=1 January 1992 |publisher=Cold Spring Harbor Laboratory Press |isbn=978-0-87969-422-7 |page=2}}</ref>

Miután [[DNS-szekvenálás|megszekvenálták]] a kukorica genomját, kiderült, hogy kb. 85%-ban transzpozonokból áll,<ref>{{cite journal |vauthors=SanMiguel P, Tikhonov A, Jin YK, etal |title=Nested retrotransposons in the intergenic regions of the maize genome |journal=Science |volume=274 |issue=5288 |pages=765–8 |date=November 1996 |pmid=8864112 |url=http://www.sciencemag.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=8864112 |doi=10.1126/science.274.5288.765}}</ref> míg az ember genetikai anyagának 44%-át teszik ki.<ref>{{cite journal | author = Mills, R.E., Bennett, E.A., Iskow, R.C. and Devine, S.E. | year = 2007 | title = Which transposable elements are active in the human genome? | journal = Trends in Genetics | volume = 23 | issue = 4 | pages = 183-191 | doi = 10.1016/j.tig.2007.02.006}}</ref>

== Osztályozása ==
A transzpozonok a [[mobilis genetikai elemek]] közé tartoznak. Az "ugrás" mechanizmusa alapján két nagyobb csoportjukat különböztetjük meg. Az I. csoport a "másolás és beillesztés" módszert, a II. csoport pedig a "kivágás és beillesztést" alkalmazza.<ref>{{cite journal |author=Wicker, T |last2=Sabot |display-authors=1 |date=December 2007 |title=A unified classification system for eukaryotic transposable elements |journal=Nature Reviews Genetics |volume=8 |issue=12 |pages=973–82 |pmid=17984973 |doi=10.1038/nrg2165}}</ref>

=== I. csoport (retrotranszpozonok) ===
Az ebbe a csoportba tartozó transzpozonok két fázisban másolják magukat: előbb a transzpozont alkotó DNS-szakaszról [[Ribonukleinsav|RNS]]-másolat készül, amit aztán egy [[reverz transzkriptáz]] [[enzim]] (amit többnyire maga a transzpozon kódol) DNS-sé ír vissza. Az utóbbi aztán más enzimek a kromoszóma egy másik helyén beillesztik a genomba. Ezek az úgynevezett retrotraszpozonok, szaporodásuk (másolódásuk) hasonlít a [[Retrovírus|retrovírusokéra]].

A retrotranszpozonokat további három csoportba osztják:
* amelyek végén hosszú, ismétlődő DNS-szekvencia (''long terminal repeat'', LTR) található; ezek a retrovírusokhoz hasonlítanak és tartalmazzák a reverz transzkriptáz génjét
* Hosszú megszakított nukleáris elemek (''long interspersed nuclear elements'', LINE), nincs LTR-ük, reverz transzkriptázt kódolnak, a sejt [[RNS-polimeráz II]]-je írja át őket
* Rövid megszakított nukleáris elemek (''short interspersed nuclear elements'', SINE), nincs LTR-ük és reverz transzkriptázuk és a sejt [[RNS polimeráz III]]-a írja át őket.

A retrovírusok sok szempontból a retrotranszpozonokhoz hasonlóan viselkednek. Miután bejutottak a sejtbe, RNS-ből álló genomjukat DNS-sé írják át és beillesztik a gazdasejt genomjába (ún. provírus). Később erről a szakaszról RNS-másolatok készülnek. Életciklusok hasonlósága alapján feltételezik, hogy távoli rokonságban állhatnak egymással.

=== II. csoport (DNS-transzpozonok) ===
Ennek a csoportnak a tagjai nem használnak RNS-intermediert az ugráshoz, hanem a [[transzpozáz]] enzim kivágja őket a genomból és beilleszti őket egy másik helyre. Az enzim felismeri a transzpozon végét jelentő szekvenciát és egy aszimmetrikus vágást ejt a kétszálú DNS-en: az egyik szál vége kicsit túlnyúlik a másikon, ún. "ragadós véget" hozva létre. A célhelyet ugyanígy elvágva az egymáshoz illeszkedő ragadós végek összetapadnak és egy [[ligáz]] enzim [[Kovalens kötés|kovalensen]] összeköti őket. A mechanizmusból következik, hogy nem tudnak bárhová beilleszkedni, hanem rövid, ismétlődő szekvenciájú szakaszra van szükségük, amit a transzpozáz felismerhet. Ha ritkán is, de a DNS-traszpozonok is megkettőződhetnek, ha a sejtosztódás előtt aktiválódnak, amikor a genom másolása folyik. Ha éppen akkor ugranak át, amikor a kiindulási helyük már lemásolódott, de a célállomás még nem, akkor az újonnan szintetizált kromoszómában egy helyett két példányban lesznek jelen. Egyes DNS-transzpozonok nem a fenti kivágás-beillesztés modell alapján ugranak, hanem a [[Prokarióták|prokariótákban]] is ismert [[guruló kör]] szerint másolják le magukat ([[helitron|helitronok]]).

A II. csoportbeli transzpozonok a humán genom kb. 2%-át teszik ki, vagyis a retrotraszpozonok jóval gyakoribbak.<ref>{{cite journal |author=Kazazian HH Jr, Moran JV |title=The impact of L1 retrotransposons on the human genome |journal=Nature Genetics |date=May 1998 |volume=19 |issue=1 |pages=19–24 |doi=10.1038/ng0598-19 |pmid=9590283 |url=http://www.nature.com/scitable/content/The-impact-of-L1-retrotransposons-on-the-29852}}</ref>

=== Autonóm és nem nem-autonóm transzpozonok ===
A mobilis genetikai elemek aszerint is csoportosíthatóak, hogy képesek-e önállóan átvándorolni a genom egy másik helyére, vagy ehhez egy másik transzpozon segítségére van szükségük. A segítség többnyire a transzpozáz vagy reverz transzkriptáz enzimeket jelenti, ami a nem-autonómok esetében nem működik vagy hiányzik. Az I. és II. csoportban is előfordulnak nem-autonóm transzpozonok.

A Barbara McClintock által felfedezett aktivátor elem (''Ac'') autonóm, míg a szintén általa leírt disszociációs elem (''Ds'') nem-autonóm transzpozon. Utóbbinak az előbbi segítségére van szüksége az átugráshoz.

== Példák ==
* Barbara McClintock a kukoricában megfigyelte az elemek kromoszómán belüli inzercióját, delécióját vagy transzlokációját, amelyek többek között a növény magszínének változását okozták. Az általa leírt Ac/Ds elemek a II. típusú, vagyis DNS-transzpozonok közé tartoznak. Hasonló, Ac-szerű transzpozonokat dohányban is felfedeztek.<ref>Plant Transposable Elements, pp 161–174, 1988, Plenum Publishing Corp., ed. Nelson</ref>
* az [[ecetmuslica]] (''Drosophila melanogaster'') egyik transzpozon-családját [[P-elem|P-elemeknek]] nevezik. A jelek szerint csak a 20. század közepén jelent meg a fajban és az utóbbi 50 évben minden populációjában elterjedt. A mesterséges P-elemeket laboratóriumban használják fel arra, hogy idegen géneket vigyenek be a muslica genomjába.<ref>{{cite journal |doi=10.1126/science.6289435 |author=Spradling AC, Rubin GM |title=Transposition of cloned P elements into Drosophila germ line chromosomes |journal=Science |volume=218 |issue=4570 |pages=341–347 |date=October 1982 |pmid=6289435 |bibcode=1982Sci...218..341S}}</ref><ref>{{cite journal |doi=10.1126/science.6289436 |author=Rubin GM, Spradling AC |title=Genetic transformation of Drosophila with transposable element vectors |journal=Science |volume=218 |issue=4570 |pages=348–353 |date=October 1982 |pmid=6289436 |bibcode=1982Sci...218..348R}}</ref><ref>{{cite journal |author=Cesari F |title=Milestones in Nature: Milestone 9: Transformers, Elements in Disguise |journal=Nature |date=15 October 2007 |doi=10.1038/nrg2254 |url=http://www.nature.com/milestones/miledna/full/miledna09.html}}</ref>
* a baktériumok transzpozonjai sok esetben olyan gént is tartalmaznak, amelynek nincs közvetlen hatása az áthelyeződéshez; gyakran olyat, amely [[Antibiotikum-ellenállás|rezisztenciát]] biztosít egy [[Antibiotikum|antibiotikummal]] szemben. A baktériumokban a transzpozonok a genomból átugorhatnak a [[Plazmid|plazmidokra]] (és vissza), lehetőséget biztosítva egyedi génkombinációk összeállítására és ezen a módon létrejöhetnek több antibiotikumra is immunis törzsek.
*az ember leggyakoribb transzpozonja az [[Alu-elem]]. A kb. 300 bázispár hosszú szakasz 300 ezer-egymillió közötti példányban van jelen a genomban, amelynek 15-17%-át teszi ki.<ref>{{cite journal |author=Kazazian HH, Moran JV |title=The impact of L1 retrotransposons on the human genome |journal=Nat. Genet. |volume=19 |issue=1 |pages=19–24 |date=May 1998 |pmid=9590283 |doi=10.1038/ng0598-19 }}</ref>
* a Mariner-szerű elemeket muslicában fedezték fel, de emberben és számos más fajban is megtalálható.<ref>{{cite journal |author=Jacobson JW, Medhora MM, Hartl DL |title=Molecular structure of a somatically unstable transposable element in Drosophila |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=83 |issue=22 |pages=8684–8 |date=November 1986 |pmid=3022302 |pmc=386995 |url=http://www.pnas.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=3022302 |doi=10.1073/pnas.83.22.8684}}</ref> Ez a DNS-transzpozon rendkívül könnyen ugrik át egyik fajról a másikra, egysejtű protozoákban (''[[Trichomonas vaginalis]]''-ban) is felfedezték .<ref>{{cite journal |author=Lohe AR, Moriyama EN, Lidholm DA, Hartl DL |title=Horizontal transmission, vertical inactivation, and stochastic loss of mariner-like transposable elements |journal=Mol. Biol. Evol. |volume=12 |issue=1 |pages=62–72 |date=January 1995 |pmid=7877497 |url=http://mbe.oxfordjournals.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=7877497 |doi=10.1093/oxfordjournals.molbev.a040191}}</ref><ref>{{cite journal |author=Lampe DJ, Witherspoon DJ, Soto-Adames FN, Robertson HM |title=Recent horizontal transfer of mellifera subfamily mariner transposons into insect lineages representing four different orders shows that selection acts only during horizontal transfer |journal=Mol. Biol. Evol. |volume=20 |issue=4 |pages=554–62 |date=April 2003 |pmid=12654937 |doi=10.1093/molbev/msg069 |url=http://mbe.oxfordjournals.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=12654937}}</ref> Az emberi genom mintegy 14 ezer példányt tartalmaz belőle.<ref>{{cite journal |author=Mandal PK, Kazazian HH |title=SnapShot: Vertebrate transposons |journal=Cell |volume=135 |issue=1 |pages=192–192.e1 |date=October 2008 |pmid=18854165 |doi=10.1016/j.cell.2008.09.028 }}</ref>
* az élesztőgombának (''[[Saccharomyces cerevisiae]]'') öt, egymástól jól elkülöníthető retrotranszpozon-családja van: Ty1, Ty2, Ty3, Ty4 és Ty5.<ref>{{cite journal |author=Kim JM, Vanguri S, Boeke JD, Gabriel A, Voytas DF |title=Transposable elements and genome organization: a comprehensive survey of retrotransposons revealed by the complete Saccharomyces cerevisiae genome sequence |journal=Genome Res. |volume=8 |issue=5 |pages=464–78 |date=May 1998 |pmid=9582191 |doi=10.1101/gr.8.5.464 |url=http://genome.cshlp.org/content/8/5/464.full}}</ref>

== Genetikai betegségekben ==
Mivel a transzpozonok megváltoztatják a genom nukleotidsorrendjét, ezért mutagének és genetikai betegséget okozhatnak. Ennek mechanizmusai különbözőek lehetnek:<ref>{{cite journal |author=Belancio VP, Hedges DJ, Deininger P |title=Mammalian non-LTR retrotransposons: for better or worse, in sickness and in health |journal=Genome Res. |volume=18 |issue=3 |pages=343–58 |date=March 2008 |pmid=18256243 |doi=10.1101/gr.5558208 |url=http://genome.cshlp.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=18256243}}</ref>
* ha a transzpozon beilleszkedik egy génbe, akkor nagy valószínűséggel működésképtelenné teszi
* ha a DNS-traszpozon kivágódik a génből, van rá esély, hogy ez nem tökéletesen történik és nem áll helyre a beillesztés előtti állapot
* a sok ezres példányszámban jelen levő transzpozonok (pl. Alu) megzavarhatják a sejtosztódás során a kromoszómák páros elrendeződését, aszimmetrikus [[Crossing over|crossing overt]] és kromoszómaduplikációt okozhatnak

Transzpozonok beépülése A- és B-típusú [[Hemofília|hemofíliával]], immundeficienciával, [[porfíria|porfíriával]], [[Duchenne-izomsorvadás|Duchenne-izomdisztrófiával]] vagy [[Rák (betegség)|rákra]] való hajlammal járhat.<ref>{{cite journal |author=Kazazian H.H., Goodier J.L. |year=2002 |title=LINE drive: retrotransposition and genome instability |doi=10.1016/S0092-8674(02)00868-1 |journal=Cell |volume=110 |issue=3|pages=277–80 |pmid=12176313}}</ref><ref>{{cite journal |author=Kapitonov V.V., Pavlicek, A., Jurka, J. |year=2006 |title=Anthology of Human Repetitive DNA |journal=Encyclopedia of Molecular Cell Biology and Molecular Medicine |doi=10.1002/3527600906.mcb.200300166}}</ref> Kimutatták, hogy a VIII. véralvadásfaktor génjébe beékelődő LINE1 transzpozon vérzékenységet,<ref>{{cite journal |author=Kazazian, HH Jr|title=Haemophilia A resulting from de novo insertion of L1 sequences represents a novel mechanism for mutation in man |journal=Nature |volume=332 |issue=6160 |pages=164–6 |year=1988 |pmid=2831458 |url=http://www.nature.com/scitable/content/Haemophilia-A-resulting-from-de-novo-insertion-57765 |doi=10.1038/332164a0|display-authors=etal}}</ref> az ''APC'' génben pedig vastagbélrákot okozott.<ref>{{cite journal |author=Miki, Y.|date=Feb 1992 |title=Disruption of the APC gene by a retrotransposal insertion of L1 sequence in colon cancer |journal=Cancer Research |volume=52 |issue=3 |pages=643–5 |pmid=1310068|display-authors=etal}}</ref>

Ezenfelül egyes transzpozonok a saját génjeik kifejezését szabályozó erős [[Promoter|promotereket]] tartalmaznak, amelyek a szervezet génjeit befolyásolva különböző kórtüneteket hozhatnak létre.

Egy vizsgálat eredménye szerint élesztőben a Ty1 retrotranszpozon minimum néhány havonta, maximum néhány évente aktiválódik és ugrik át új helyre a genomon belül.<ref>{{cite journal |title=Temperature Effects on the Rate of Ty Transposition |journal=Science |date=5 October 1984 |volume=226 |issue=4670 |pages=53–55 |pmid=17815421 |author=Paquin CE, Williamson VM |doi=10.1126/science.226.4670.53|bibcode = 1984Sci...226...53P }}</ref> Egyes transzpozonoknak a [[hősokkprotein|hősokkproteinekéhez]] hasonló a promotere és a sejtet érő stresszhatások meggyorsíthatják a transzpozíciót.<ref>{{cite journal |title=Copia is transcriptionally responsive to environmental stress |journal=Nucleic Acids Research |year=1985 |volume=13 |issue=12 |pages=4401–4410 |url=http://nar.oxfordjournals.org/cgi/content/abstract/13/12/4401 |author=Dennis J. Strand, John F. McDonald |doi=10.1093/nar/13.12.4401 |pmid=2409535 |pmc=321795}}</ref>

== Szerepük az evolúcióban ==
A transzpozonok eredete bizonytalan. Minden életformában jelen vannak, ezért lehetséges, hogy a baktériumok, eukarióták és [[Archeák|ősbaktériumok]] közös ősében is megtalálható volt; de az is, hogy később jöttek létre és elterjedtek a fajok között, vagy egymástól függetlenül többször is kialakultak.<ref>{{cite journal|journal=Genetica|year=1992|volume=86|issue=1|pages=275–286|title=Horizontal transfer of P elements and other short inverted repeat transposons|last=Kidwell|first=M.G.|doi=10.1007/BF00133726|pmid=1334912}}</ref> Bár néha hasznot hajtanak hordozójuknak, alapvetően a genom "DNS-szemét" részének tartják, olyan "önző DNS"-nek, amelynek nincs hasznos funkciója. Ebből a szempontból a [[Vírus|vírusokra]] emlékeztetnek, amelyek egy részéhez némileg hasonlít a felépítésük. Vannak olyan feltételezések, hogy közös ősük volt, vagy egyik a másikból alakult ki, bár az vitatott, hogy melyik volt az elsődleges.

Mivel a transzpozonok tönkretehetik a fehérjekódoló géneket, a sejtek védekeznek túlzott elszaporodásuk ellen. Rövid RNS-szakaszokat ([[Piwi-kapcsolt RNS|piRNS]], [[Rövid interferáló RNS|siRNS]]) termelnek, amelyek a transzpozonokhoz kötve gátolják azok működését,<ref>{{cite journal |title=Endogenous RNA Interference Provides a Somatic Defense against Drosophila Transposons |journal=Current Biology |volume=18 |issue=11 |pages=795–802 |date=3 June 2008 |author=Wei-Jen Chung,Katsutomo Okamura,Raquel Martin, Eric C. Lai |doi=10.1016/j.cub.2008.05.006 |pmid=18501606 |pmc=2812477}}</ref>, vagy DNS-metilációval, kromatincsomagolással elérik hogy ne aktiválódhassanak. Ezekkel a módszerekkel elérik, hogy a 80-90%-ban transzpozonból álló genomok is működőképesek maradnak. <ref name="prayla"/><ref>{{cite journal |author=Miura A, Yonebayashi S, Watanabe K, Toyama T, Shimada H, Kakutani T |title=Mobilization of transposons by a mutation abolishing full DNA methylation in Arabidopsis |journal=Nature |volume=411 |issue=6834 |pages=212–4 |date=May 2001 |pmid=11346800 |doi=10.1038/35075612 }}</ref>

A feltételezések szerint a humán genom 17%-át kitevő LINE1 szekvenciák közül mindössze száz darab lehet működőképes. Emberi sejtekben az [[RNS-interferencia]] gátolja az aktivitásukat. Ha ezt a mechanizmust kísérletileg gátolták, a LINE1 átíródás gyakorisága megnőtt.<ref name="prayla"/><ref>{{cite journal |author=Yang N, Kazazian HH |title=L1 retrotransposition is suppressed by endogenously encoded small interfering RNAs in human cultured cells |journal=Nat. Struct. Mol. Biol. |volume=13 |issue=9 |pages=763–71 |date=September 2006 |pmid=16936727 |doi=10.1038/nsmb1141 }}</ref>

A transzpozonok meggyorsíthatják a szervezetek evolúciós fejlődését. Az általuk okozott aszimmetrikus crossing over révén a egyes gének [[génkettőződés|duplikálódnak]] és míg az eredeti példány ellátja eredeti szerepét, a fölösleges kópia új funkciót találhat. Az [[T-limfocita|T-]] és [[B-limfocita|B-limfociták]] rendkívül változatos [[Antigén|antigénfelismerő]] receptorainak létrejötte a traszpozíció mechanizmusához hasonlóan történik, lehetséges, hogy kifejlődésében szerepük volt a transzpozonoknak. Egyes mobilis genetikai elemek olyan géneket hordoznak, amelyek hasznára vannak a szervezetnek, például ellenállóvá teszik bizonyos vegyületekkel szemben. Eddig több mint 40 olyan antibiotikum-rezisztencia- vagy virulenciagént fedeztek fel, amely transzpozonok segítségével terjed a fajok között.

A molekuláris genetikai kutatásokban és a biotechnológiában a transzpozonokat arra használják, hogy géneket juttassanak be velük a genomba (vektor) vagy visszafordítható módon kikapcsoljanak egy meglévő gént. Az erre a célra kifejlesztett [[Csipkerózsika-transzpozonrendszer]] 2009-ben elnyerte a ''[[Science (folyóirat)|Science]]'' magazin Év molekulája díját.<ref>{{cite journal |author=Luft FC |title=''Sleeping Beauty'' jumps to new heights|journal=Mol. Med |volume=88|issue=7|pages= 641–643 |date=May 2010 |pmid=20467721 | doi=10.1007/s00109-010-0626-1}}</ref>

== Források ==
{{jegyzetek|2}}
* {{cite book
|author=Kidwell, M.G.
|year=2005
|chapter=Transposable elements
|title=The Evolution of the Genome
|editor=ed. T.R. Gregory
|pages=165–221
|publisher=Elsevier
|location=San Diego
|isbn=0-123-01463-8}}
*{{cite book
|author=Craig NL, Craigie R, Gellert M, and Lambowitz AM (ed.)
|year=2002
|title=Mobile DNA II
|publisher=ASM Press
|location=Washington, DC
|isbn=978-1-555-81209-6
}}
* {{cite book
|author=Lewin B
|year=2000
|title=Genes VII
|publisher=Oxford University Press
|isbn=978-0-198-79276-5
}}
* [http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/T/Transposons.html Kimball's Biology Pages: Transposons]
* {{cite journal |title=An immune system so versatile it might kill you |journal=New Scientist |issue=2556 |date=21 June 2006 |url=http://www.newscientist.com/article/mg19025565.500}}
* [http://www.gmo-safety.eu/topic/188 GMO Safety: Transposons - research projects and basic infos]
* [http://www.girinst.org/ Repbase] — a database of transposable element sequences
* [http://cshprotocols.cshlp.org/cgi/content/full/2009/8/pdb.prot5270 Use of the Sleeping Beauty Transposon System for Stable Gene Expression in Mouse Embryonic Stem Cells]
{{fordítás|en|Transposable element|oldid=717676395}}
[[Kategória:Molekuláris biológia]]
[[Kategória:Genetika]]
[[Kategória:Genetika]]

A lap 2016. május 3., 08:24-kori változata

Baktérium DNS-transzpozonjának felépítése

A transzpozonok olyan DNS-szakaszok, amelyek képesek megváltoztatni helyüket a genomon belül. Ezt vagy maguk lemásolásával és másolat egy másik helyre való beillesztésével (retrotranszpozonok); vagy maguk kivágásával és átillesztésével (DNS-transzpozonok) végzik. Ha a cél helyén egy működő gén van, azt tönkretehetik, mutációt idézve elő. A transzpozonokat először Barbara McClintock írta le, aki 1983-ban Nobel-díjat kapott a felfedezéséért.[1]

A transzpozonok az eukarióta genomok tekintélyes hányadát teszik ki: emberben kb. 45%-ot, míg a kukoricában a 85%-ot is meghaladja arányuk.

Felfedezése

A transzpozonokat Barbara McClintock fedezte fel kukoricagenetikai kísérletei során a Cold Spring Harbor Laboratory-ban.[2] McClintock az 1940-es években olyan kukoricatörzset tenyésztett ki, amely önbeporzások hosszú sorából származott és a 9. kromoszómájának vége letört.[2] A növényeken szokatlan elszíneződéseket figyelt meg, például az egyik levélen két egyforma fehér foltot talált egymás mellett. McClintock feltételezte, hogy a sejtek osztódásuk során géneket veszíthettek el, de amikor megvizsgálta a kromoszómáikat, azt találta, hogy annak egyes kis régiói a kromoszóma más részére vándoroltak át. Ez ellentmondott a korabeli nézeteknek, miszerint a géneknek fix helyük van a kromoszómán belül. McClintock ugráló génjei nemcsak elmozdultak, de más géneket is ki- vagy bekapcsoltak közben és az általuk okozott mutációk visszafordíthatónak bizonyultak. McClintock 1951-ben publikálta felfedezéseit, amelyeket a tudományos közvélemény közönnyel fogadott. Csak az 1960-as évek végén ismerték fel kutatásainak jelentőségét, amikor hasonló jelenségeket találtak baktériumokban is[3] és 1983-ban orvostudományi Nobel-díjjal jutalmazták.[4]

Miután megszekvenálták a kukorica genomját, kiderült, hogy kb. 85%-ban transzpozonokból áll,[5] míg az ember genetikai anyagának 44%-át teszik ki.[6]

Osztályozása

A transzpozonok a mobilis genetikai elemek közé tartoznak. Az "ugrás" mechanizmusa alapján két nagyobb csoportjukat különböztetjük meg. Az I. csoport a "másolás és beillesztés" módszert, a II. csoport pedig a "kivágás és beillesztést" alkalmazza.[7]

I. csoport (retrotranszpozonok)

Az ebbe a csoportba tartozó transzpozonok két fázisban másolják magukat: előbb a transzpozont alkotó DNS-szakaszról RNS-másolat készül, amit aztán egy reverz transzkriptáz enzim (amit többnyire maga a transzpozon kódol) DNS-sé ír vissza. Az utóbbi aztán más enzimek a kromoszóma egy másik helyén beillesztik a genomba. Ezek az úgynevezett retrotraszpozonok, szaporodásuk (másolódásuk) hasonlít a retrovírusokéra.

A retrotranszpozonokat további három csoportba osztják:

  • amelyek végén hosszú, ismétlődő DNS-szekvencia (long terminal repeat, LTR) található; ezek a retrovírusokhoz hasonlítanak és tartalmazzák a reverz transzkriptáz génjét
  • Hosszú megszakított nukleáris elemek (long interspersed nuclear elements, LINE), nincs LTR-ük, reverz transzkriptázt kódolnak, a sejt RNS-polimeráz II-je írja át őket
  • Rövid megszakított nukleáris elemek (short interspersed nuclear elements, SINE), nincs LTR-ük és reverz transzkriptázuk és a sejt RNS polimeráz III-a írja át őket.

A retrovírusok sok szempontból a retrotranszpozonokhoz hasonlóan viselkednek. Miután bejutottak a sejtbe, RNS-ből álló genomjukat DNS-sé írják át és beillesztik a gazdasejt genomjába (ún. provírus). Később erről a szakaszról RNS-másolatok készülnek. Életciklusok hasonlósága alapján feltételezik, hogy távoli rokonságban állhatnak egymással.

II. csoport (DNS-transzpozonok)

Ennek a csoportnak a tagjai nem használnak RNS-intermediert az ugráshoz, hanem a transzpozáz enzim kivágja őket a genomból és beilleszti őket egy másik helyre. Az enzim felismeri a transzpozon végét jelentő szekvenciát és egy aszimmetrikus vágást ejt a kétszálú DNS-en: az egyik szál vége kicsit túlnyúlik a másikon, ún. "ragadós véget" hozva létre. A célhelyet ugyanígy elvágva az egymáshoz illeszkedő ragadós végek összetapadnak és egy ligáz enzim kovalensen összeköti őket. A mechanizmusból következik, hogy nem tudnak bárhová beilleszkedni, hanem rövid, ismétlődő szekvenciájú szakaszra van szükségük, amit a transzpozáz felismerhet. Ha ritkán is, de a DNS-traszpozonok is megkettőződhetnek, ha a sejtosztódás előtt aktiválódnak, amikor a genom másolása folyik. Ha éppen akkor ugranak át, amikor a kiindulási helyük már lemásolódott, de a célállomás még nem, akkor az újonnan szintetizált kromoszómában egy helyett két példányban lesznek jelen. Egyes DNS-transzpozonok nem a fenti kivágás-beillesztés modell alapján ugranak, hanem a prokariótákban is ismert guruló kör szerint másolják le magukat (helitronok).

A II. csoportbeli transzpozonok a humán genom kb. 2%-át teszik ki, vagyis a retrotraszpozonok jóval gyakoribbak.[8]

Autonóm és nem nem-autonóm transzpozonok

A mobilis genetikai elemek aszerint is csoportosíthatóak, hogy képesek-e önállóan átvándorolni a genom egy másik helyére, vagy ehhez egy másik transzpozon segítségére van szükségük. A segítség többnyire a transzpozáz vagy reverz transzkriptáz enzimeket jelenti, ami a nem-autonómok esetében nem működik vagy hiányzik. Az I. és II. csoportban is előfordulnak nem-autonóm transzpozonok.

A Barbara McClintock által felfedezett aktivátor elem (Ac) autonóm, míg a szintén általa leírt disszociációs elem (Ds) nem-autonóm transzpozon. Utóbbinak az előbbi segítségére van szüksége az átugráshoz.

Példák

  • Barbara McClintock a kukoricában megfigyelte az elemek kromoszómán belüli inzercióját, delécióját vagy transzlokációját, amelyek többek között a növény magszínének változását okozták. Az általa leírt Ac/Ds elemek a II. típusú, vagyis DNS-transzpozonok közé tartoznak. Hasonló, Ac-szerű transzpozonokat dohányban is felfedeztek.[9]
  • az ecetmuslica (Drosophila melanogaster) egyik transzpozon-családját P-elemeknek nevezik. A jelek szerint csak a 20. század közepén jelent meg a fajban és az utóbbi 50 évben minden populációjában elterjedt. A mesterséges P-elemeket laboratóriumban használják fel arra, hogy idegen géneket vigyenek be a muslica genomjába.[10][11][12]
  • a baktériumok transzpozonjai sok esetben olyan gént is tartalmaznak, amelynek nincs közvetlen hatása az áthelyeződéshez; gyakran olyat, amely rezisztenciát biztosít egy antibiotikummal szemben. A baktériumokban a transzpozonok a genomból átugorhatnak a plazmidokra (és vissza), lehetőséget biztosítva egyedi génkombinációk összeállítására és ezen a módon létrejöhetnek több antibiotikumra is immunis törzsek.
  • az ember leggyakoribb transzpozonja az Alu-elem. A kb. 300 bázispár hosszú szakasz 300 ezer-egymillió közötti példányban van jelen a genomban, amelynek 15-17%-át teszi ki.[13]
  • a Mariner-szerű elemeket muslicában fedezték fel, de emberben és számos más fajban is megtalálható.[14] Ez a DNS-transzpozon rendkívül könnyen ugrik át egyik fajról a másikra, egysejtű protozoákban (Trichomonas vaginalis-ban) is felfedezték .[15][16] Az emberi genom mintegy 14 ezer példányt tartalmaz belőle.[17]
  • az élesztőgombának (Saccharomyces cerevisiae) öt, egymástól jól elkülöníthető retrotranszpozon-családja van: Ty1, Ty2, Ty3, Ty4 és Ty5.[18]

Genetikai betegségekben

Mivel a transzpozonok megváltoztatják a genom nukleotidsorrendjét, ezért mutagének és genetikai betegséget okozhatnak. Ennek mechanizmusai különbözőek lehetnek:[19]

  • ha a transzpozon beilleszkedik egy génbe, akkor nagy valószínűséggel működésképtelenné teszi
  • ha a DNS-traszpozon kivágódik a génből, van rá esély, hogy ez nem tökéletesen történik és nem áll helyre a beillesztés előtti állapot
  • a sok ezres példányszámban jelen levő transzpozonok (pl. Alu) megzavarhatják a sejtosztódás során a kromoszómák páros elrendeződését, aszimmetrikus crossing overt és kromoszómaduplikációt okozhatnak

Transzpozonok beépülése A- és B-típusú hemofíliával, immundeficienciával, porfíriával, Duchenne-izomdisztrófiával vagy rákra való hajlammal járhat.[20][21] Kimutatták, hogy a VIII. véralvadásfaktor génjébe beékelődő LINE1 transzpozon vérzékenységet,[22] az APC génben pedig vastagbélrákot okozott.[23]

Ezenfelül egyes transzpozonok a saját génjeik kifejezését szabályozó erős promotereket tartalmaznak, amelyek a szervezet génjeit befolyásolva különböző kórtüneteket hozhatnak létre.

Egy vizsgálat eredménye szerint élesztőben a Ty1 retrotranszpozon minimum néhány havonta, maximum néhány évente aktiválódik és ugrik át új helyre a genomon belül.[24] Egyes transzpozonoknak a hősokkproteinekéhez hasonló a promotere és a sejtet érő stresszhatások meggyorsíthatják a transzpozíciót.[25]

Szerepük az evolúcióban

A transzpozonok eredete bizonytalan. Minden életformában jelen vannak, ezért lehetséges, hogy a baktériumok, eukarióták és ősbaktériumok közös ősében is megtalálható volt; de az is, hogy később jöttek létre és elterjedtek a fajok között, vagy egymástól függetlenül többször is kialakultak.[26] Bár néha hasznot hajtanak hordozójuknak, alapvetően a genom "DNS-szemét" részének tartják, olyan "önző DNS"-nek, amelynek nincs hasznos funkciója. Ebből a szempontból a vírusokra emlékeztetnek, amelyek egy részéhez némileg hasonlít a felépítésük. Vannak olyan feltételezések, hogy közös ősük volt, vagy egyik a másikból alakult ki, bár az vitatott, hogy melyik volt az elsődleges.

Mivel a transzpozonok tönkretehetik a fehérjekódoló géneket, a sejtek védekeznek túlzott elszaporodásuk ellen. Rövid RNS-szakaszokat (piRNS, siRNS) termelnek, amelyek a transzpozonokhoz kötve gátolják azok működését,[27], vagy DNS-metilációval, kromatincsomagolással elérik hogy ne aktiválódhassanak. Ezekkel a módszerekkel elérik, hogy a 80-90%-ban transzpozonból álló genomok is működőképesek maradnak. [28][29]

A feltételezések szerint a humán genom 17%-át kitevő LINE1 szekvenciák közül mindössze száz darab lehet működőképes. Emberi sejtekben az RNS-interferencia gátolja az aktivitásukat. Ha ezt a mechanizmust kísérletileg gátolták, a LINE1 átíródás gyakorisága megnőtt.[28][30]

A transzpozonok meggyorsíthatják a szervezetek evolúciós fejlődését. Az általuk okozott aszimmetrikus crossing over révén a egyes gének duplikálódnak és míg az eredeti példány ellátja eredeti szerepét, a fölösleges kópia új funkciót találhat. Az T- és B-limfociták rendkívül változatos antigénfelismerő receptorainak létrejötte a traszpozíció mechanizmusához hasonlóan történik, lehetséges, hogy kifejlődésében szerepük volt a transzpozonoknak. Egyes mobilis genetikai elemek olyan géneket hordoznak, amelyek hasznára vannak a szervezetnek, például ellenállóvá teszik bizonyos vegyületekkel szemben. Eddig több mint 40 olyan antibiotikum-rezisztencia- vagy virulenciagént fedeztek fel, amely transzpozonok segítségével terjed a fajok között.

A molekuláris genetikai kutatásokban és a biotechnológiában a transzpozonokat arra használják, hogy géneket juttassanak be velük a genomba (vektor) vagy visszafordítható módon kikapcsoljanak egy meglévő gént. Az erre a célra kifejlesztett Csipkerózsika-transzpozonrendszer 2009-ben elnyerte a Science magazin Év molekulája díját.[31]

Források

  1. ↑ McClintock, Barbara (1950. június 1.). „The origin and behavior of mutable loci in maize”. Proc Natl Acad Sci U S A. 36 (6), 344–55. o. DOI:10.1073/pnas.36.6.344. PMID 15430309.  
  2. ↑ a b McGrayne, Sharon Bertsch. Nobel Prize Women in Science: Their Lives, Struggles, and Momentous Discoveries, 2nd, Carol Publishing, 165. o. (1998). ISBN 978-0-9702256-0-3 
  3. ↑ Des Jardins, Julie. The Madame Curie Complex: The Hidden History of Women in Science. Feminist Press at CUNY, 246. o. (2010). ISBN 978-1-55861-655-4 
  4. ↑ The Dynamic Genome: Barbara McClintock's Ideas in the Century of Genetics. Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2. o. (1992. január 1.). ISBN 978-0-87969-422-7 
  5. ↑ (1996. november 1.) „Nested retrotransposons in the intergenic regions of the maize genome”. Science 274 (5288), 765–8. o. DOI:10.1126/science.274.5288.765. PMID 8864112.  
  6. ↑ Mills, R.E., Bennett, E.A., Iskow, R.C. and Devine, S.E. (2007). „Which transposable elements are active in the human genome?”. Trends in Genetics 23 (4), 183-191. o. DOI:10.1016/j.tig.2007.02.006.  
  7. ↑ Wicker, T (2007. december 1.). „A unified classification system for eukaryotic transposable elements”. Nature Reviews Genetics 8 (12), 973–82. o. DOI:10.1038/nrg2165. PMID 17984973.  
  8. ↑ Kazazian HH Jr, Moran JV (1998. május 1.). „The impact of L1 retrotransposons on the human genome”. Nature Genetics 19 (1), 19–24. o. DOI:10.1038/ng0598-19. PMID 9590283.  
  9. ↑ Plant Transposable Elements, pp 161–174, 1988, Plenum Publishing Corp., ed. Nelson
  10. ↑ Spradling AC, Rubin GM (1982. október 1.). „Transposition of cloned P elements into Drosophila germ line chromosomes”. Science 218 (4570), 341–347. o. DOI:10.1126/science.6289435. PMID 6289435.  
  11. ↑ Rubin GM, Spradling AC (1982. október 1.). „Genetic transformation of Drosophila with transposable element vectors”. Science 218 (4570), 348–353. o. DOI:10.1126/science.6289436. PMID 6289436.  
  12. ↑ Cesari F (2007. október 15.). „Milestones in Nature: Milestone 9: Transformers, Elements in Disguise”. Nature. DOI:10.1038/nrg2254.  
  13. ↑ Kazazian HH, Moran JV (1998. május 1.). „The impact of L1 retrotransposons on the human genome”. Nat. Genet. 19 (1), 19–24. o. DOI:10.1038/ng0598-19. PMID 9590283.  
  14. ↑ Jacobson JW, Medhora MM, Hartl DL (1986. november 1.). „Molecular structure of a somatically unstable transposable element in Drosophila”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 83 (22), 8684–8. o. DOI:10.1073/pnas.83.22.8684. PMID 3022302.  
  15. ↑ Lohe AR, Moriyama EN, Lidholm DA, Hartl DL (1995. január 1.). „Horizontal transmission, vertical inactivation, and stochastic loss of mariner-like transposable elements”. Mol. Biol. Evol. 12 (1), 62–72. o. DOI:10.1093/oxfordjournals.molbev.a040191. PMID 7877497.  
  16. ↑ Lampe DJ, Witherspoon DJ, Soto-Adames FN, Robertson HM (2003. április 1.). „Recent horizontal transfer of mellifera subfamily mariner transposons into insect lineages representing four different orders shows that selection acts only during horizontal transfer”. Mol. Biol. Evol. 20 (4), 554–62. o. DOI:10.1093/molbev/msg069. PMID 12654937.  
  17. ↑ Mandal PK, Kazazian HH (2008. október 1.). „SnapShot: Vertebrate transposons”. Cell 135 (1), 192–192.e1. o. DOI:10.1016/j.cell.2008.09.028. PMID 18854165.  
  18. ↑ Kim JM, Vanguri S, Boeke JD, Gabriel A, Voytas DF (1998. május 1.). „Transposable elements and genome organization: a comprehensive survey of retrotransposons revealed by the complete Saccharomyces cerevisiae genome sequence”. Genome Res. 8 (5), 464–78. o. DOI:10.1101/gr.8.5.464. PMID 9582191.  
  19. ↑ Belancio VP, Hedges DJ, Deininger P (2008. március 1.). „Mammalian non-LTR retrotransposons: for better or worse, in sickness and in health”. Genome Res. 18 (3), 343–58. o. DOI:10.1101/gr.5558208. PMID 18256243.  
  20. ↑ Kazazian H.H., Goodier J.L. (2002). „LINE drive: retrotransposition and genome instability”. Cell 110 (3), 277–80. o. DOI:10.1016/S0092-8674(02)00868-1. PMID 12176313.  
  21. ↑ Kapitonov V.V., Pavlicek, A., Jurka, J. (2006). „Anthology of Human Repetitive DNA”. Encyclopedia of Molecular Cell Biology and Molecular Medicine. DOI:10.1002/3527600906.mcb.200300166.  
  22. ↑ Kazazian, HH Jr (1988). „Haemophilia A resulting from de novo insertion of L1 sequences represents a novel mechanism for mutation in man”. Nature 332 (6160), 164–6. o. DOI:10.1038/332164a0. PMID 2831458.  
  23. ↑ Miki, Y. (1992. február 1.). „Disruption of the APC gene by a retrotransposal insertion of L1 sequence in colon cancer”. Cancer Research 52 (3), 643–5. o. PMID 1310068.  
  24. ↑ Paquin CE, Williamson VM (1984. október 5.). „Temperature Effects on the Rate of Ty Transposition”. Science 226 (4670), 53–55. o. DOI:10.1126/science.226.4670.53. PMID 17815421.  
  25. ↑ Dennis J. Strand, John F. McDonald (1985). „Copia is transcriptionally responsive to environmental stress”. Nucleic Acids Research 13 (12), 4401–4410. o. DOI:10.1093/nar/13.12.4401. PMID 2409535.  
  26. ↑ Kidwell, M.G. (1992). „Horizontal transfer of P elements and other short inverted repeat transposons”. Genetica 86 (1), 275–286. o. DOI:10.1007/BF00133726. PMID 1334912.  
  27. ↑ Wei-Jen Chung,Katsutomo Okamura,Raquel Martin, Eric C. Lai (2008. június 3.). „Endogenous RNA Interference Provides a Somatic Defense against Drosophila Transposons”. Current Biology 18 (11), 795–802. o. DOI:10.1016/j.cub.2008.05.006. PMID 18501606.  
  28. ↑ a b Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> címke; nincs megadva szöveg a(z) prayla nevű lábjegyzeteknek
  29. ↑ Miura A, Yonebayashi S, Watanabe K, Toyama T, Shimada H, Kakutani T (2001. május 1.). „Mobilization of transposons by a mutation abolishing full DNA methylation in Arabidopsis”. Nature 411 (6834), 212–4. o. DOI:10.1038/35075612. PMID 11346800.  
  30. ↑ Yang N, Kazazian HH (2006. szeptember 1.). „L1 retrotransposition is suppressed by endogenously encoded small interfering RNAs in human cultured cells”. Nat. Struct. Mol. Biol. 13 (9), 763–71. o. DOI:10.1038/nsmb1141. PMID 16936727.  
  31. ↑ Luft FC (2010. május 1.). „Sleeping Beauty jumps to new heights”. Mol. Med 88 (7), 641–643. o. DOI:10.1007/s00109-010-0626-1. PMID 20467721.  

Ez a szócikk részben vagy egészben a Transposable element című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Transzpozon&oldid=17473807”