TRANSPOSONS: SOORTEN EN KENMERKEN - GEOGRAFÍA - 2025

De transposon of transponeerbare elementen zijn fragmenten van DNA die van locatie in het genoom kunnen veranderen. De gebeurtenis van bewegen wordt transpositie genoemd en ze kunnen van de ene positie naar de andere gaan, binnen hetzelfde chromosoom, of van chromosoom veranderen. Ze zijn aanwezig in alle genomen, en in aanzienlijke aantallen. Ze zijn uitgebreid bestudeerd in bacteriën, gist, Drosophila en maïs.

Deze elementen zijn onderverdeeld in twee groepen, rekening houdend met het transpositiemechanisme van het element. Zo hebben we de retrotransposons die een RNA-tussenproduct (ribonucleïnezuur) gebruiken, terwijl de tweede groep een DNA-tussenproduct gebruikt. De laatste groep zijn de sensus stricto transposons.

De "springgenen" of transposons werden ontdekt in maïs (Zea mays). Bron: pixabay.com

Een meer recente en gedetailleerde classificatie maakt gebruik van de algemene structuur van de elementen, het bestaan ​​van vergelijkbare motieven en de identiteit en overeenkomsten van DNA en aminozuren. Op deze manier worden subklassen, superfamilies, families en subfamilies van transponeerbare elementen gedefinieerd.

Historisch perspectief

Dankzij het onderzoek dat halverwege de jaren veertig door Barbara McClintock in maïs (Zea mays) werd uitgevoerd, kon de traditionele opvatting dat elk gen een vaste plaats op een bepaald chromosoom en een vaste plaats in het genoom had, worden gewijzigd.

Deze experimenten maakten duidelijk dat bepaalde elementen het vermogen hadden om van positie te veranderen, van het ene chromosoom naar het andere.

Oorspronkelijk bedacht McClintock de term "controlerende elementen", omdat ze de expressie van het gen controleerden waarin ze werden ingebracht. De elementen werden later springgenen, mobiele genen, mobiele genetische elementen en transposons genoemd.

Dit fenomeen werd lange tijd niet door alle biologen geaccepteerd en werd met enige scepsis behandeld. Tegenwoordig worden mobiele elementen volledig geaccepteerd.

Historisch gezien werden transposons beschouwd als "egoïstische" DNA-segmenten. Na de jaren tachtig begon dit perspectief te veranderen, omdat het mogelijk was om de interacties en de impact van transposons op het genoom te identificeren, vanuit een structureel en functioneel oogpunt.

Om deze redenen, hoewel de mobiliteit van het element in bepaalde gevallen schadelijk kan zijn, kan het voordelig zijn voor populaties van organismen - analoog aan een "nuttige parasiet".

Algemene karakteristieken

Transposons zijn afzonderlijke stukjes DNA die kunnen mobiliseren binnen een genoom (het "gastheergenoom" genoemd), waarbij ze in het algemeen kopieën van zichzelf creëren tijdens het mobilisatieproces. Het begrip van transposons, hun kenmerken en hun rol in het genoom is in de loop der jaren veranderd.

Sommige auteurs zijn van mening dat een "transponeerbaar element" een overkoepelende term is om een ​​reeks genen met diverse kenmerken aan te duiden. De meeste hiervan hebben alleen de nodige volgorde voor hun omzetting.

Hoewel ze allemaal het kenmerk delen dat ze zich door het genoom kunnen verplaatsen, zijn sommigen in staat om een ​​kopie van zichzelf op de oorspronkelijke plaats achter te laten, wat leidt tot een toename van transponeerbare elementen in het genoom.

Overvloed

De sequentie-analyse van verschillende organismen (onder andere micro-organismen, planten, dieren) heeft aangetoond dat transponeerbare elementen in vrijwel alle levende wezens voorkomen.

Transposons zijn er in overvloed. In de genomen van gewervelde dieren nemen ze 4 tot 60% van al het genetisch materiaal van het organisme in, en bij amfibieën en in een bepaalde groep vissen zijn transposons zeer divers. Er zijn extreme gevallen, zoals bij maïs, waar transposons meer dan 80% van het genoom van deze planten uitmaken.

Bij mensen worden transponeerbare elementen beschouwd als de meest voorkomende componenten in het genoom, met een overvloed van bijna 50%. Ondanks hun opmerkelijke overvloed is de rol die ze spelen op genetisch niveau nog niet volledig opgehelderd.

Laten we, om dit vergelijkende cijfer te maken, rekening houden met de coderende DNA-sequenties. Deze worden getranscribeerd in een boodschapper-RNA dat uiteindelijk wordt vertaald in een eiwit. Bij primaten omvat het coderende DNA slechts 2% van het genoom.

Soorten transposons

Over het algemeen worden transponeerbare elementen geclassificeerd op basis van de manier waarop ze door het genoom bewegen. We hebben dus twee categorieën: elementen van klasse 1 en die van klasse 2.

Klasse 1 artikelen

Ze worden ook wel RNA-elementen genoemd, omdat het DNA-element in het genoom wordt getranscribeerd naar een kopie van RNA. De RNA-kopie wordt vervolgens weer omgezet in een ander DNA dat in de doelwitplaats van het gastheergenoom wordt ingebracht.

Ze worden ook wel retro-elementen genoemd, omdat hun beweging wordt bepaald door de omgekeerde stroom van genetische informatie, van RNA naar DNA.

Het aantal van dit soort elementen in het genoom is enorm. Bijvoorbeeld de Alu-sequenties in het menselijk genoom.

De herschikking is van het replicatieve type, dat wil zeggen dat de volgorde intact blijft na het fenomeen.

Klasse 2 artikelen

Elementen van klasse 2 staan ​​bekend als DNA-elementen. Deze categorie omvat transposons die vanzelf van de ene plaats naar de andere gaan, zonder tussenkomst van een tussenpersoon.

De transpositie kan van het replicatieve type zijn, zoals in het geval van klasse I-elementen, of het kan conservatief zijn: het element wordt gesplitst in het geval, dus het aantal transponeerbare elementen neemt niet toe. De items die Barbara McClintock ontdekte, behoorden tot klasse 2.

Welke invloed heeft transpositie op de host?

Zoals we al zeiden, zijn transposons elementen die binnen hetzelfde chromosoom kunnen bewegen of naar een ander chromosoom kunnen springen. We moeten ons echter afvragen hoe de fitheid van het individu wordt beïnvloed door de transpositie. Dit hangt in wezen af ​​van de regio waar het element wordt getransponeerd.

Mobilisatie kan dus een positieve of negatieve invloed hebben op de gastheer, hetzij door het inactiveren van een gen, het moduleren van genexpressie, of het induceren van onwettige recombinatie.

Als de fitheid van de gastheer drastisch wordt verminderd, heeft dit gevolgen voor het transposon, aangezien het voortbestaan ​​van het organisme cruciaal is voor het voortbestaan ​​ervan.

Daarom was het mogelijk om bepaalde strategieën in de host en in de transposon te identificeren die helpen om het negatieve effect van de transpositie te verminderen en een evenwicht te bereiken.

Sommige transposons hebben bijvoorbeeld de neiging om in niet-essentiële delen van het genoom in te voegen. De impact van de serie is dus waarschijnlijk minimaal, zoals in heterochromatinegebieden.

Aan de gastheerzijde omvatten strategieën DNA-methylatie, die erin slaagt de expressie van het transponeerbare element te verminderen. Ook kunnen sommige storende RNA's bijdragen aan dit werk.

Genetische effecten

De omzetting leidt tot twee fundamentele genetische effecten. Allereerst veroorzaken ze mutaties. Zo is 10% van alle genetische mutaties in de muis het resultaat van retroelementherschikkingen, waarvan vele coderende of regulerende regio's zijn.

Ten tweede bevorderen transposons onwettige recombinatiegebeurtenissen, resulterend in de herconfiguratie van genen of volledige chromosomen, die over het algemeen deleties van genetisch materiaal bevatten. Geschat wordt dat 0,3% van de genetische aandoeningen bij de mens (zoals erfelijke leukemie) op deze manier is ontstaan.

Aangenomen wordt dat de vermindering van de fitheid van de gastheer als gevolg van schadelijke mutaties de belangrijkste reden is waarom transponeerbare elementen niet meer overvloedig aanwezig zijn dan ze al zijn.

Functies van transponeerbare elementen

Oorspronkelijk werd aangenomen dat transposons parasitaire genomen waren die geen functie hadden in hun gastheren. Dankzij de beschikbaarheid van genomische data is er tegenwoordig meer aandacht voor hun mogelijke functies en voor de rol van transposons in de evolutie van genomen.

Sommige vermeende regulerende sequenties zijn afgeleid van transponeerbare elementen en zijn geconserveerd in verschillende lijnen van vertebraten, naast dat ze verantwoordelijk zijn voor verschillende evolutionaire nieuwigheden.

Rol in de evolutie van genomen

Volgens recent onderzoek hebben transposons een aanzienlijke impact gehad op de architectuur en evolutie van de genomen van organische wezens.

Op kleine schaal zijn transposons in staat veranderingen in koppelingsgroepen te bemiddelen, hoewel ze ook meer relevante effecten kunnen hebben zoals aanzienlijke structurele veranderingen in genomische variatie, zoals deleties, duplicaties, inversies, duplicaties en translocaties.

Transposons worden beschouwd als zeer belangrijke factoren die de grootte van genomen en hun samenstelling in eukaryote organismen hebben gevormd. In feite is er een lineaire correlatie tussen de grootte van het genoom en de inhoud van transponeerbare elementen.

Voorbeelden

Transposons kunnen ook leiden tot adaptieve evolutie. De duidelijkste voorbeelden van de bijdrage van transposons zijn de evolutie van het immuunsysteem en transcriptionele regulatie via niet-coderende elementen in de placenta en in de hersenen van zoogdieren.

In het immuunsysteem van vertebraten wordt elk van de grote aantallen antilichamen geproduceerd door middel van een gen met drie sequenties (V, D en J). Deze sequenties zijn fysiek gescheiden in het genoom, maar ze komen samen tijdens de immuunrespons via een mechanisme dat bekend staat als VDJ-recombinatie.

Eind jaren negentig ontdekte een groep onderzoekers dat de eiwitten die verantwoordelijk zijn voor de VDJ-junctie gecodeerd werden door de RAG1- en RAG2-genen. Deze misten introns en konden de transpositie van specifieke sequenties in DNA-doelen veroorzaken.

Het ontbreken van introns is een algemeen kenmerk van genen die zijn afgeleid door retrotranspositie van boodschapper-RNA. De auteurs van deze studie voerden aan dat het immuunsysteem van gewervelde dieren is ontstaan ​​dankzij transposons die de voorouder van de RAG1- en RAG2-genen bevatten.

Geschat wordt dat ongeveer 200.000 inserties zijn geëxapteerd in de zoogdierlijn.

Referenties

1. Ayarpadikannan, S., en Kim, HS (2014). De impact van transponeerbare elementen op de evolutie van het genoom en genetische instabiliteit en hun implicaties bij verschillende ziekten. Genomics & informatica, 12 (3), 98-104.
2. Finnegan, DJ (1989). Eukaryote transponeerbare elementen en genoomevolutie. Trends in genetica, 5, 103-107.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT en Miller, JH (2005). Een inleiding tot genetische analyse. Macmillan.
4. Kidwell, MG en Lisch, DR (2000). Transposeerbare elementen en evolutie van het gastheergenoom. Trends in ecologie en evolutie, 15 (3), 95-99.
5. Kidwell, MG en Lisch, DR (2001). Perspectief: transponeerbare elementen, parasitair DNA en genoomevolutie. Evolutie, 55 (1), 1-24.
6. Kim, YJ, Lee, J., en Han, K. (2012). Transposable elementen: geen 'junk-DNA' meer. Genomica en informatica, 10 (4), 226-33.
7. Muñoz-López, M., en García-Pérez, JL (2010). DNA-transposons: aard en toepassingen in genomics. Huidige genomica, 11 (2), 115-28.
8. Sotero-Caio, CG, Platt, RN, Suh, A., & Ray, DA (2017). Evolutie en diversiteit van transponeerbare elementen in gewervelde genomen. Genoombiologie en evolutie, 9 (1), 161-177.