Классификация, строение и основные свойства мобильных генетических элементов эукариот.

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 8Следующая ⇒

Классические транспозоны Мак Клинток интересны тем, что похожи на бактериальные транспозоны, которые перемещаются по консервативному механизму. Тн вырезается их того места, где он был и встраивается в новое место. Также они похожи на бактериальные консервативные Тн тем, что достаточно легко можно сделать мини-производное этих транспозонов. Делеция гена транспозазы инактивирует конкретный транспозон, но если в в цис-положении присутствует ген транспозазы, он будет распознавать инвертированные концы и будет обеспечивать перемещение транспозона.

Ds – диссоциатор, делеционное производное Ac элемента;

Для всех эукариот совершенно общая тенденция: классический ДНК-транспозон у эукариот очень быстро накапливает различные делеционные производные. Если в геноме есть активный транспозон, то он будет обеспечивать перемещение себя самого и разных производных, которые сами транспозазу не кодируют. Чем ближе концы инвертированных транспозонов, тем больше он перемещается. Парадокс: делеционные производные транспозона могут перемещаться лучше, чем активный транспозон. Даже если дефектные мутанты перемещаются с меньшей частотой, все равно с течением времени их количество накапливается. Т.е. если такой транспозон прыгнул, то появляется его копия в геноме. И транспозаза должна «отвлекаться» и на нее. Конечный результат: чем больше накапливается делеционных производных, тем менее эффективным оказывается перемещение всего семейства транспозонов. Транспозаза должна связываться с каждой из этих копий. И ее не хватает. В конце концов делеционных копий оказывается слишком много, случайным образом происходит инактивация последнего активного транспозона, и все семейство вымирает. Они по-прежнему есть в геноме, их легко можно детектировать, т.к. их структура стандартна, но они больше не перемещаются. В геноме человека достаточно много семейств вот таких ДНК-транспозонов, и они все без исключения неактивны.

Ретротранспозоны отличаются от ретровирусов отсутствием инфекционной внеклеточной формы.

Типы ретротранспозонов:

1. Ретровирусоподобные – имеют длинные концевые повторы, 1-2 гена, могут быть интроны, активность ревертазы и интегразы;

2. Неретровирусоподобные – длинный диспергированный ядерный элемент;

2.1. LINE – нет повторов, ревертаза, эндонуклеаза, 1-2 гена, нет интрона;

2.2. SINE – нет повторов, нет особой активности и интронов;

Самый простой для понимания механизм перемещения ретротранспозонов касается класса тех ретротранспозонов, которые сродни ретровирусам. Что из чего произошло – непонятно. Либо ретротранспозон упрощенная версия ретровируса, либо ретровирус – усложненная форма ретротранспозона. Скорей первое. Есть ретровирусы с геномом, представленным ДНК. Им для встраивания тоже нужна РНК-стадия. Чаще всего их геном пакуется в клетке в белки капсида, и эта вирусная частица обеспечивает инфекцию следующей клетки. Транспозон отличается от ретровируса тем, что нет внеклеточной стадии. Транспозон не пакуется, способен перемещаться только внутри определенной клетки и для переноса его в другую клетку должны быть особые условия. Геном ретровирусов. Основной признак, по которому выделяют этот класс ретротранспозонов, - наличие прямых повторов по концам Тн. Эти повторы полностью идентичны. Внутренняя часть ретровирусов представлена тремя генами. Это «условные» гены, так как транскрибируется вся матричная РНК вместе. Затем идет трансляция, причем как правило этот процесс эффективен для первого гена, а для транскрипции последующих генов нужен сдвиг рамки считывания или супрессия стоп-кодона = трансляционная супрессия. Как правило, происходит первое. Эти гены транслируются с эффективностью порядка 5% от трансляции первого белка. Именно первый ген кодирует обратную транскриптазу. Env-ген кодирует белки оболочки. Gag-ген что-то еще кодирует. Эти гены – тоже достаточно условная штука, продукт трансляции подвергается протеолизу. Одиночные белки капсида – результат расщепления первичного транслята на отдельные участки. Перемещение таких ретровирусов: как организованы разные производные ретровирусов. На слайде – стандартный ретровирус. Большая часть ретротранспозонов – это всего лишь делеционные варианты ретровирусов. Классический пример – Ty-элемент (transposon yeast) дрожжей. Несет на концах длинные повторы, то есть Long Terminal Repeats (LTR). По историческим причинам они называются дельта-элемент дрожжевых транспозонов. Внутри две рамки: TyA – это gag-ген, TyВ – это pol-ген. Env-ген отсутствует. Интегразы, видимо, тоже нет. Четко выделяется две рамки считывания. Одна соответствует gag-гену, другая - pol-гену. Еще один элемент дрозофилы, copia, тоже содержит вроде бы одну рамку считывания, но она несет гомологию с этими двумя генами. С pol-геном – в любом случае. Ну а больше ничего и не нужно, поскольку именно она кодирует обратную транскриптазу. Еще один класс транспозонов отличается: уже нет прямых повторов, но есть обратная транскриптаза. Механизм ретротранспозиции: обратная транскриптаза на своем собственном транскрипте обеспечивает сначала синтез небольшого фрагмента, близкого к начальному повтору, используя транспортную РНК в качестве затравки. РНК отжигается рядом с левым инвертированным повтором. Идет сначала обратная транскрипция этого повтора. Так как обратная транскриптаза обладает и РНК-азной активностью, так называемая РНК-аза Н (эйч). Она же обеспечивает небольшое подъедание вот этого конца, части этого повтора. Получаем кДНК, выступающую с той стороны. Это позволяет осуществить процедуру смены матриц. Подъедание некритично. Транскрипт может отсоединиться и гибридизоваться с левым концом, потому что это повторы, и они комплементарны. Диссоциация идет не очень эффективно. Поэтому активность РНК-азы Н критична в данном случае. Образуется двунитевой участок, спаривается с другим концом и выступает в качестве затравки для дальнейшего синтеза ДНК. После смены матриц мы получаем целиком полный транскрипт. Синтез следующей цепи начинается с РНКазной активности: расщепляет первичный транскрипт. Расщепление идет неполное, остаются какие-то фрагменты от матричной РНК, они используются в качестве затравки для второй цепи ДНК. Потом синтезируется до конца часть этой второй цепочки, потому что начало ее может быть несинтезировано. Ведь праймеры были случайные фрагменты – итог действия РНК-азы Н. Чтобы произошла репликация сначала, опять должна произойти смена матриц. Недосинтезированная матрица должна присоединиться к другой матрице, досинтезированной, хоть к той же самой цепи. Тогда она досинтезируется до конца. Но затравка остается. С этой затравки «-»цепь дореплицируется до конца. В результате имеем полностью завершенную двухцепочечную структуру ретровируса с полными копиями концевых повторов. Это весь ретровирусный транспозон. Потом эта структура должна встроиться в геномную ДНК, а механизм перемещения сходен с консервативной транспозицией. Продукт гена интеграза обеспечивает ту же функцию, что и транспозаза прокариот. По структуре интегразная часть входит в состав другого белка как домен. Как и транспозаза, она образует ступенчатые концы, они встраиваются в сайты-мишени, затем идет дупликация концов в сайте-мишени. Так встраивается ретровирус.

пример транспозона- Ту-элемент у дрожжей. Стандартный эукариотический транспозон, размер генома больше 5000 н. п. и с него получается 2 транскрипта (5.7 и 5.0 т. п. н.), которые учавствуют в перемещении. Белки, которые синтезируются этим транспозоном- 2. Белка туА больше, за счет сдвига рамки получается гибридный белок ТуА и ТуВ. Один кодирует полимеразу и интегразу, а другой - остаток gag – белка ретровируса. Часть Ту-элементов дрожжей сходны с ретровирусами и доказательство –электронная картинка справа. Т.е. Ту-элементы способны формировать вирусоподобные частицы, но что-то у них дефектно и такие частицы неинфекционные.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 Следующая ⇒