8. 1 dnr reparacija


Download 39.32 Kb.
Sana01.03.2020
Hajmi39.32 Kb.
  • DNR REPARACIJA, REKOMBINACIJA IR TRANSPOZICIJA

8.1 DNR REPARACIJA

  • 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
  • 8-2

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

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

Bazių ekscizijos reparacija pašalina pažeistą DNR

  • 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
  • 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
  • Apirimidininis
  • nukleotidas
  • AP endonukleazė atpažįsta trūkstamą
  • bazę ir kerpa DNR karkasą trūkstamos
  • bazės 5’ pusėje
  • Įkarpa
  • Įkarpos transliacijos regionas
  • DNR polimerazė naudoja 5’-3’ egzonukleazinį
  • aktyvumą pažeistai sričiai pašalinti; susidariusi
  • spraga užpildoma normaliais nukleotidais; ligazė susiuva srities kraštus

Nukleotidų ekscizijos reparacija pašalina pažeistos DNR segmentus

  • 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 abiejose
  • timino 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, pašalinanti
  • pažeistą sritį. Uvr B ir C yra paleidžiami iš
  • komplekso
  • DNR polimerazė užpildo spragą,
  • o DNR ligazė susiuva
  • Timino dimero nebėra

Nukleotidų ekscizijos reparacija pašalina pažeistos DNR segmentus

    • 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

Neatitikimo reparacijos sistema aptinka ir ištaiso bazių porų neatitikimus

  • 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

Neatitikimo reparacijos sistema aptinka ir ištaiso bazių porų neatitikimus

  • 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
  • Metilo nukreipiama bazių neatitikimo reparacija E. coli
  • MutS baltymas aptinka neatitikimą. MutS/MutL kompleksas prisijungia
  • prie MutH, kuris jau yra prisijungęs prie hemimetilintos srities
  • Tėvinė
  • grandinė
  • Nauja
  • grandinė
  • Neatitinkanti
  • bazė
  • MutH kirpimo vieta
  • MutH daro įpjovą nemetilintoje grandinėje.
  • Egzonukleazė šioje vietoje pradeda
  • skaidyti nemetilintą DNR ir sustoja
  • iš karto už bazių neatitikimo
  • 8-17
  • Metilo nukreipiama bazių neatitikimo reparacija E. coli
  • MutH kirpimo vieta
  • DNR polimerazė užpildo spragą,
  • DNR ligazė susiuva galus
  • Neatitinkanti bazė
  • reparuota

Pažeista DNR gali būti reparuojama rekombinacijos būdu

  • 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
  • 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 pakeičiama
  • C grandinės tokia pačia sritimi
  • 8-20
  • Spraga reparuojama, tačiau timino dimeras išlieka
  • Spraga, esant A grandinėje,
  • užpildoma DNR polimerazės ir
  • DNR ligazės, panaudojant
  • B grandinę kaip matricą

Aktyviai transkribuojamos DNR reparacija

  • 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 TRCF
  • 8-22
  • 8-23
  • TRCF
  • RNR polimerazė
  • Timino dimeras
  • Timino dimeras sustabdo
  • RNR polimerazę
  • TRCF veikia kaip helikazė ir
  • pašalina RNR polimerazę
  • iš pažeistos srities
  • RNR
  • polimerazė
  • (turi UvrA
  • jungimosi
  • vietą)
  • Vyksta NER reparacija
  • Uvr A/B kompleksas
  • pritraukiamas, o
  • TRCF paleidžiamas

Pažeistą DNR gali replikuoti pažaidas apeinančios DNR polimerazės

  • 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 polimerazės
  • 8-24
  • 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

8.2.1 Homologinė rekombinacija

  • 8-28
  • Eukariotų chromosomų krosingoveris
  • Taip pat vadinami netėviniais genotipais
  • 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

Genų konversijos priežastys

  • 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
  • 8-29
  • 8-30
  • Genų konversija, vykstanti spragų reparacijos metu
  • 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 RecA skatina grandinės
  • invaziją ir D kilpos formavimąsi
  • 8-31
  • Abidvi chromosomos turi B alelį
  • Genų konversija, vykstanti spragų reparacijos metu
  • Reparacinės sintezės metu dominuojančio
  • B alelio DNR grandinė yra naudojama kaip
  • matrica spragai užtaisyti

8.2.2 Saitspecifinė rekombinacija

  • 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
  • 8-32

Antikūnų įvairovę sukuria saitspecifinė rekombinacija

  • 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
  • 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 sekas
  • 8-34
  • Antikūnai yra tetrameriniai baltymai, sudaryti iš dviejų sunkių ir dviejų lengvų polipeptidinių grandinių
  • 8-35
  • Sunkioji grandinė
  • Antigenas
  • Variabili sritis
  • Hipervariabili
  • sritis
  • Pastovios
  • sritys
  • Lengvoji
  • grandinė
  • Specifinių antigenų
  • prisijungimo sritys

Vienas lengvosios grandinės tipų yra  (kapa) lengvoji grandinė

  • 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 trūkių
  • susidarymą variabilaus domeno pabaigoje
  • ir sujungimo domeno pradžioje. Pavyzdyje
  • tai vyksta V78 pabaigoje ir J2 pradžioje
  • Tarpinė DNR pametama. NHEJ
  • baltymas katalizuoja paskutiniojo V
  • domeno ir pirmojo J domeno
  • susijungimą
  • Nonhomologous DNA end joining
  • Genas transkribuojamas
  • į mRNR pradedant paskutiniuoju
  • variabiliu domenu
  • 8-39
  • Vyksta srities, esančios tarp
  • pirmojo J domeno ir C domeno
  • splaisingas
  • mRNR 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
  • 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

8.2.3 Transpozicija

  • 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
  • 8-42

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

Transpozicijos būdai

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

TE būdingos specifinės DNR sekos

  • 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
  • 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
  • Transpozazės
  • genas
  • 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
  • Transpozazės
  • genas
  • Rezolvazės
  • genas
  • 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
  • Atvirkštinės
  • transkriptazės
  • genas
  • Integrazės
  • genas
  • 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
  • Atvirkštinės
  • transkriptazės
  • 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

TE turi įtakos mutacijoms ir evoliucijai

  • Pastarųjų dešimtmečių tyrimai rodo, kad TE, greičiausiai, yra visų rūšių genomuose
  • 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 funkcijomis
  • 8-56
  • 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


Download 39.32 Kb.

Do'stlaringiz bilan baham:




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2020
ma'muriyatiga murojaat qiling