Transposons: ประเภทและลักษณะ

Transposons หรือธาตุ transposable เป็นชิ้นส่วนของ DNA ที่สามารถเปลี่ยนตำแหน่งในจีโนมได้ เหตุการณ์การเคลื่อนที่เรียกว่าการขนย้ายและสามารถทำได้จากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งภายในโครโมโซมเดียวกันหรือเปลี่ยนโครโมโซม พวกมันมีอยู่ในจีโนมทั้งหมดและในปริมาณที่มาก พวกเขาได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในแบคทีเรียในยีสต์ใน Drosophila และในข้าวโพด

องค์ประกอบเหล่านี้แบ่งออกเป็นสองกลุ่มโดยคำนึงถึงกลไกการขนย้ายขององค์ประกอบ ดังนั้นเราจึงมี retrotransposons ที่ใช้ RNA ตัวกลาง (กรด ribonucleic) ในขณะที่กลุ่มที่สองใช้ DNA ตัวกลาง กลุ่มสุดท้ายนี้คือ transposones sensus เข้มงวดo

การจำแนกประเภทที่ใหม่กว่าและละเอียดกว่านี้ใช้โครงสร้างทั่วไปขององค์ประกอบการมีลวดลายที่คล้ายคลึงกันและเอกลักษณ์และความคล้ายคลึงกันของ DNA และกรดอะมิโน ด้วยวิธีนี้ subclasses, superfamilies, family และ subfamilies ขององค์ประกอบ trans Trans จะถูกกำหนด

มุมมองทางประวัติศาสตร์

ขอบคุณการวิจัยที่ดำเนินการเกี่ยวกับข้าวโพด ( Zea mays ) โดยบาร์บาร่าแมคคลินทอคในช่วงกลางปี ​​1940 มุมมองแบบดั้งเดิมที่แต่ละยีนมีตำแหน่งคงที่ในโครโมโซมเฉพาะและคงที่ในจีโนมสามารถแก้ไขได้

การทดลองเหล่านี้ทำให้ชัดเจนว่าองค์ประกอบบางอย่างมีความสามารถในการเปลี่ยนตำแหน่งจากโครโมโซมหนึ่งไปยังอีก

แต่เดิม McClintock ประกาศเกียรติคุณคำว่า "องค์ประกอบการควบคุม" เนื่องจากพวกเขาควบคุมการแสดงออกของยีนที่พวกเขาถูกแทรก จากนั้นองค์ประกอบที่เรียกว่ายีนกระโดดยีนมือถือองค์ประกอบพันธุกรรมมือถือและ transposons

เป็นเวลานานปรากฏการณ์นี้ไม่ได้รับการยอมรับจากนักชีววิทยาและได้รับการปฏิบัติด้วยความสงสัย ทุกวันนี้องค์ประกอบมือถือได้รับการยอมรับอย่างสมบูรณ์

ในอดีต transposons ถือเป็นส่วนของดีเอ็นเอ "เห็นแก่ตัว" หลังจากยุค 80 มุมมองนี้เริ่มเปลี่ยนไปเนื่องจากเป็นไปได้ที่จะระบุปฏิสัมพันธ์และผลกระทบของ transposons ในจีโนมจากมุมมองเชิงโครงสร้างและหน้าที่

ด้วยเหตุผลเหล่านี้แม้ว่าการเคลื่อนย้ายขององค์ประกอบอาจเป็นอันตรายในบางกรณี แต่อาจเป็นประโยชน์สำหรับประชากรของสิ่งมีชีวิต - คล้ายกับ "ปรสิตที่มีประโยชน์"

ลักษณะทั่วไป

Transposons เป็นชิ้นส่วนแยกของ DNA ที่มีความสามารถในการเคลื่อนที่ภายในจีโนม (เรียกว่าจีโนม "host") โดยทั่วไปจะสร้างสำเนาของตัวเองในระหว่างกระบวนการเคลื่อนที่ ความเข้าใจของ transposons ลักษณะและบทบาทของพวกเขาในจีโนมมีการเปลี่ยนแปลงในช่วงหลายปีที่ผ่านมา

ผู้เขียนบางคนพิจารณาว่า "องค์ประกอบ transposable" เป็นคำร่มเพื่อกำหนดชุดของยีนที่มีลักษณะแตกต่างกัน ส่วนใหญ่เหล่านี้มีลำดับที่จำเป็นสำหรับการขนย้าย

แม้ว่าทุกคนจะแบ่งปันลักษณะของความสามารถในการเคลื่อนย้ายผ่านจีโนม แต่บางคนสามารถทิ้งสำเนาของตัวเองไว้ในไซต์ดั้งเดิมซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นขององค์ประกอบ transposable ในจีโนม

ความอุดมสมบูรณ์

การเรียงลำดับของสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน (จุลินทรีย์, พืช, สัตว์, และอื่น ๆ ) ได้แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบ transposable มีอยู่จริงในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด

transposons มากมาย ในจีโนมของสัตว์มีกระดูกสันหลังพวกมันครอบครองจาก 4 ถึง 60% ของสารพันธุกรรมทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตและในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำและในปลากลุ่มหนึ่ง transposons มีความหลากหลายมาก มีกรณีที่รุนแรงเช่นข้าวโพดที่มีการถ่ายโอนของจีโนมมากกว่า 80% ของพืชเหล่านี้

ในมนุษย์องค์ประกอบ transposable ถือเป็นองค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในจีโนมที่มีความอุดมสมบูรณ์เกือบ 50% แม้จะมีความอุดมสมบูรณ์ที่โดดเด่นของพวกเขาบทบาทที่พวกเขาเล่นในระดับพันธุกรรมยังไม่ได้รับการอธิบายอย่างเต็มที่

เพื่อให้ตัวเลขเปรียบเทียบนี้ให้เราพิจารณาลำดับการเข้ารหัส DNA สิ่งเหล่านี้ถูกคัดลอกลงใน RNA ของผู้ส่งสารซึ่งแปลเป็นโปรตีนในที่สุด ในไพรเมต DNA เข้ารหัสนั้นครอบคลุมจีโนมเพียง 2% เท่านั้น

ประเภทของการขนส่ง

โดยทั่วไปองค์ประกอบ transposable จะถูกจัดประเภทตามวิธีที่พวกเขาได้รับการระดมโดยจีโนม ด้วยวิธีนี้เรามีสองหมวดหมู่: องค์ประกอบของคลาส 1 และหมวดหมู่ 2

องค์ประกอบของคลาส 1

พวกเขาจะเรียกว่าองค์ประกอบ RNA เพราะองค์ประกอบดีเอ็นเอในจีโนมถูกคัดลอกในสำเนาของ RNA จากนั้นสำเนา RNA จะถูกแปลงกลับไปเป็น DNA อื่นที่ถูกใส่เข้าไปในไซต์เป้าหมายของจีโนมโฮสต์

พวกมันยังเป็นที่รู้จักกันในนามเรโทร - องค์ประกอบเนื่องจากการเคลื่อนไหวของพวกเขาได้รับจากการไหลย้อนกลับของข้อมูลทางพันธุกรรมจาก RNA ถึง DNA

จำนวนองค์ประกอบประเภทนี้ในจีโนมมีมหาศาล ตัวอย่างเช่นลำดับ Alu ในจีโนมมนุษย์

การขนย้ายเป็นชนิดจำลองแบบซึ่งก็คือลำดับยังคงไม่เปลี่ยนแปลงหลังจากปรากฏการณ์

องค์ประกอบของคลาส 2

องค์ประกอบของคลาส 2 เรียกว่าองค์ประกอบของ DNA ในหมวดหมู่นี้เป็นการเคลื่อนย้ายด้วยตัวเองจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งโดยไม่จำเป็นต้องมีคนกลาง

การขนย้ายสามารถเป็นประเภทการจำลองแบบเช่นในกรณีขององค์ประกอบของคลาส I หรือสามารถอนุรักษ์: องค์ประกอบถูกแบ่งในเหตุการณ์ดังนั้นจำนวนขององค์ประกอบ transposable ไม่เพิ่มขึ้น รายการที่ค้นพบโดย Barbara McClintock เป็นของ class 2

การขนย้ายมีผลต่อโฮสต์อย่างไร

ดังที่เรากล่าวถึง transposons เป็นองค์ประกอบที่สามารถเคลื่อนที่ภายในโครโมโซมเดียวกันหรือข้ามไปที่อื่น อย่างไรก็ตามเราต้องถามว่าการ ออกกำลังกาย ของแต่ละบุคคลได้รับผลกระทบอย่างไรเนื่องจากเหตุการณ์การขนย้าย ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับภูมิภาคที่องค์ประกอบถูกย้าย

ดังนั้นการระดมพลอาจส่งผลกระทบในทางบวกหรือทางลบต่อโฮสต์ไม่ว่าจะโดยการปิดใช้งานยีนการปรับการแสดงออกของยีนหรือการกระตุ้นให้เกิดการรวมตัวกันที่ผิดกฎหมาย

หากความ สมบูรณ์ ของโฮสต์ลดลงอย่างมากความจริงข้อนี้จะมีผลต่อการเคลื่อนย้ายเนื่องจากการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตมีความสำคัญต่อการทำให้เป็นอมตะ

ด้วยเหตุนี้จึงมีการระบุกลยุทธ์บางอย่างในโฮสต์และในการเคลื่อนย้ายที่ช่วยลดผลกระทบด้านลบของการขนย้ายเพื่อให้เกิดความสมดุล

ยกตัวอย่างเช่นต้องมีการแทรก transposons ในพื้นที่ที่ไม่จำเป็นในจีโนม ดังนั้นผลกระทบอาจเป็นชุดน้อยที่สุดเช่นเดียวกับในภูมิภาค heterochromatin

ในส่วนของโฮสต์กลยุทธ์ประกอบด้วย DNA methylation ซึ่งช่วยลดการแสดงออกขององค์ประกอบ transposable นอกจากนี้ RNA ที่รบกวนบางอย่างสามารถมีส่วนร่วมในงานนี้

ผลกระทบทางพันธุกรรม

การขนย้ายนำไปสู่ผลทางพันธุกรรมพื้นฐานสองประการ ก่อนพวกเขาก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ ตัวอย่างเช่น 10% ของการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมทั้งหมดในเมาส์เป็นผลมาจากการถ่ายโอนของ retroelements ซึ่งส่วนใหญ่เป็นรหัสหรือภูมิภาคกฎระเบียบ

ประการที่สอง transposons ส่งเสริมกิจกรรมของการรวมตัวกันที่ผิดกฎหมายส่งผลให้การกำหนดค่าของยีนหรือโครโมโซมทั้งหมดซึ่งโดยทั่วไปดำเนินการกับพวกเขาลบของสารพันธุกรรม มีการประเมินว่า 0.3% ของความผิดปกติทางพันธุกรรมในมนุษย์ (เช่นโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาว) เกิดขึ้นในลักษณะนี้

เป็นที่เชื่อกันว่าการลดลงของความเหมาะสมของโฮสต์เนื่องจากการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้องค์ประกอบ transposable ไม่มากเกินกว่าที่พวกเขามีอยู่แล้ว

ฟังก์ชั่นขององค์ประกอบ transposable

ในขั้นต้นมันคิดว่า transposons เป็นจีโนมปรสิตที่ไม่มีหน้าที่ใด ๆ ในโฮสต์ของพวกเขา ทุกวันนี้ต้องขอบคุณความพร้อมของข้อมูลจีโนมจึงได้รับความสนใจมากขึ้นในฟังก์ชั่นที่เป็นไปได้และบทบาทของ transposons ในวิวัฒนาการของจีโนม

บางส่วนได้รับมาจากองค์ประกอบกฎเกณฑ์สมมุติสมมุติ transposable และได้รับการอนุรักษ์ในสัตว์มีกระดูกสันหลังหลาย lineages นอกเหนือจากการรับผิดชอบหลายวิวัฒนาการใหม่ ๆ

บทบาทในการวิวัฒนาการของจีโนม

จากการวิจัยเมื่อเร็ว ๆ นี้พบว่า transposons มีผลกระทบอย่างสำคัญต่อสถาปัตยกรรมและวิวัฒนาการของจีโนมของสิ่งมีชีวิตอินทรีย์

ในขนาดเล็ก transposons มีความสามารถในการไกล่เกลี่ยการเปลี่ยนแปลงในกลุ่มเชื่อมโยงแม้ว่าพวกเขาอาจมีผลกระทบที่เกี่ยวข้องมากขึ้นเช่นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่สำคัญในการเปลี่ยนแปลงจีโนมเช่นการลบการทำซ้ำการรุกรานการทำซ้ำและ translocations

ถือว่าเป็น transposons เป็นปัจจัยสำคัญมากที่มีรูปร่างขนาดของจีโนมและองค์ประกอบของพวกเขาในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต ในความเป็นจริงมีความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงระหว่างขนาดของจีโนมและเนื้อหาขององค์ประกอบ transposable

ตัวอย่าง

Transposons ยังสามารถนำไปสู่วิวัฒนาการปรับตัว ตัวอย่างที่ชัดเจนที่สุดของการมีส่วนร่วมของ transposons คือวิวัฒนาการของระบบภูมิคุ้มกันและการควบคุมการถอดรหัสผ่านองค์ประกอบที่ไม่ได้เข้ารหัสในรกและในสมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

ในระบบภูมิคุ้มกันของสัตว์มีกระดูกสันหลังแต่ละแอนติบอดีจำนวนมากถูกสร้างขึ้นโดยยีนที่มีสามลำดับ (V, D และ J) ลำดับเหล่านี้จะถูกแยกออกทางร่างกายในจีโนม แต่พวกเขามารวมกันในระหว่างการตอบสนองของภูมิคุ้มกันผ่านกลไกที่เรียกว่าการรวมตัวกันของ VDJ

ในช่วงปลายปี 1990 นักวิจัยกลุ่มหนึ่งพบว่าโปรตีนที่มีความรับผิดชอบในการจับ VDJ นั้นถูกเข้ารหัสด้วยยีน RAG1 และ RAG2 สิ่งเหล่านี้ขาดอินตรอนและอาจทำให้เกิดการเคลื่อนย้ายของลำดับเฉพาะในเป้าหมายดีเอ็นเอ

การขาดอินตรอนเป็นคุณสมบัติทั่วไปของยีนที่ได้มาจาก retrotransposition ของ messenger RNA ผู้เขียนของการศึกษานี้ชี้ให้เห็นว่าระบบภูมิคุ้มกันของสัตว์มีกระดูกสันหลังเกิดขึ้นขอบคุณ transposons ที่มีบรรพบุรุษของยีน RAG1 และ RAG2

มีการประเมินว่ามีการสอดแทรก 200, 000 ครั้งในเชื้อสายของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม