Википедия

Транспозоны: различия между версиями

Интерактивная навигация по истории
[отпатрулированная версия][отпатрулированная версия]
← Предыдущая правкаСледующая правка →
Содержимое удалено Содержимое добавлено
ВизуальныйВики-текст
Отклонено последнее 1 изменение (Krijanini)
русский язык
Строка 19:
 
== История открытия ==
[[Мак-Клинток, Барбара|Барбара Макклинток]] исследовала вариации окраски зерна и листьев кукурузы, и в 1948 году путём [[цитология|цитологических]] и [[генетика|генетических]] исследований пришла к выводу, что мобильные участки ДНК, [[#Глоссарий|Ac/Ds]] -элементы, приводят к соматическому [[мозаицизм]]у растений<ref name="LevinMoran2011">{{cite journal|author=Levin Henry L., Moran John V. |title=Dynamic interactions between transposable elements and their hosts|journal=Nature Reviews Genetics|volume=12|issue=9|year=2011|pages=615–627|issn=1471-0056|doi=10.1038/nrg3030}}</ref>. Она была первой, кто доказал, что геном [[Эукариоты|эукариот]] не статичен, а содержит участки, которые могут передвигаться. В 1983 году за эту работу Барбара Макклинток получила [[Нобелевская премия|Нобелевскую премию]]<ref>{{cite journal |title=Nobel Prize to Barbara McClintock|journal=Nature|volume=305|issue=5935|year=1983|pages=575–575|issn=0028-0836|doi=10.1038/305575a0}}</ref>.
 
Хотя транспозоны были открыты в [[1940-е|1940-х]] годах, только через полвека стало понятно, насколько масштабным является их вклад в [[геном]] организмов. Так, получение первой нуклеотидной последовательности ([[секвенирование]]) генома человека показало, что мобильных элементов в последовательности ДНК не менее 50 %. Точную оценку получить трудно, поскольку некоторые транспозонные участки со временем настолько изменились, что их нельзя уверенно идентифицировать<ref name="LanderLinton2001">{{cite journal|author=Lander Eric S., Linton Lauren M., Birren Bruce. |title=Initial sequencing and analysis of the human genome|journal=Nature|volume=409|issue=6822|year=2001|pages=860–921|issn=0028-0836|doi=10.1038/35057062}}</ref>.
 
Поскольку транспозоны потенциально способны вызывать вредные мутации и поломки [[хроматин]]а, с начала открытия мобильных элементов считалось, что их действие сводится к геномно-паразитическойгеномному паразитизму. Но в начале XXI столетия появляется всё больше данных о возможных благоприятных эффектах транспозонов для организмов<ref name="SingerMcConnell2010"></ref>, об эволюционном влиянии [[Ретротранспозоны|ретротранспозонов]] на геном [[Плацентарные|плацентарных млекопитающих]]<ref>{{cite journal|author=Kaneko-Ishino Tomoko, Ishino Fumitoshi. |title=Retrotransposon silencing by DNA methylation contributed to the evolution of placentation and genomic imprinting in mammals|journal=Development, Growth & Differentiation|volume=52|issue=6|year=2010|pages=533–543|issn=00121592|doi=10.1111/j.1440-169X.2010.01194.x}}</ref>. Идентифицируют случаи использования транспозонов организмами. Например, [[РНК]] [[Ретротранспозоны|ретротранспозона]] [[#Глоссарий|ДДП-1]] участвует в образовании [[гетерохроматин]]а во время [[Инактивация Х-хромосомы|инактивации X-хромосомы]]<ref name=":0" />. [[Плодовые мушки|Плодовая муха]] не имеет [[Теломераза|теломеразы]], а вместо этого использует [[Обратная транскриптаза|обратную транскриптазу]] ретротранспозонов для продления [[Теломеры|теломерных]] участков, которые у ''[[Drosophila melanogaster]]'' представлены повторами транспозонов<ref>{{cite journal |author=Abad J. P. |title=TAHRE, a Novel Telomeric Retrotransposon from Drosophila melanogaster, Reveals the Origin of Drosophila Telomeres|journal=Molecular Biology and Evolution|volume=21|issue=9|year=2004|pages=1620–1624|issn=0737-4038|doi=10.1093/molbev/msh180}}</ref><ref>{{Cite journal | author = Nick Fulcher, Elisa Derboven, Sona Valuchova & Karel Riha. | title = If the cap fits, wear it: an overview of telomeric structures over evolution | journal = Cellular and molecular life sciences : CMLS| year = 2013| doi = 10.1007/s00018-013-1469-z| pmid = 24042202}}</ref>.
 
== Типы транспозонов и механизмы их передвижения ==
Строка 35:
 
=== ДНК-транспозоны ===
[[Файл:Схема передвижения транспозонов.png|мини|334пкс|'''Схема передвижения транспозонов'''<br /> '''I.''' ДНК-транспозоны: способ передвижения «вырезать и вставить».<br /> '''II.''' ДДП-1 -ретротранспозоны: способ передвижения «копировать и вставить».]]
 
{{главная|ДНК-транспозоны}}
Строка 44:
К ДНК-транспозонам принадлежат [[#Глоссарий|Ac/Ds]]-элементы растений, которые были впервые открыты Барбарой Макклинток в кукурузе. ''Ac''-элемент ({{lang-en|Activator}}) является автономным и кодирует транспозазу. Есть несколько типов ''Ds''-элементов, которые способны к формированию разрывов [[Хромосома|хромосом]] и которые перемещаются по геному благодаря ''Ac''-элементам<ref>{{Cite journal | author = Chunguang Du, Andrew Hoffman, Limei He, Jason Caronna & Hugo K. Dooner | title = The complete Ac/Ds transposon family of maize | journal = BMC genomics | volume = 12 | pages = 588 | year = 2011 | doi = 10.1186/1471-2164-12-588 | pmid = 22132901}}</ref>.
 
Гелитроны — ({{lang-en|Helitron}}) — тип транспозонов, который есть у [[растения|растений]], [[животные|животных]] и [[грибы|грибов]], но который широко представлен в геноме кукурузы, где он, в отличие от других организмов, находится в частях ДНК, богатых генами<ref name="Maize g"></ref>. Гелитроны транспозируются по механизму «катящегося кольца» ({{lang-en|rolling circle}}). Процесс начинается с разрыва одной цепи ДНК-транспозоны. Высвобожденный участок ДНК вторгается в последовательность-мишень, где формируется [[гетеродуплекс]]. С помощью ДНК-репликации завершается внедрение транспозона в новый участок<ref name="Plant tr 2013">{{Cite journal | author = Damon Lisch | title = How important are transposons for plant evolution? | journal = Nature reviews. Genetics | volume = 14 | issue = 1 | pages = 49–61 | year = 2013 | doi= 10.1038/nrg3374 | pmid= 23247435}}</ref>.
 
Гелитроны могут захватывать соседние последовательности при транспозиции.
Строка 55:
Активные ретротранспозоны млекопитающих делятся на три основные семьи: Alu-повторы, ДДП-1, SVA.
 
[[Файл:ДДП ретротранспозоны.png|мини|334пкс|Структура ДДП-1 -ретротранспозона.]]
 
* '''ДДП-1 -ретротранспозоны''' — длинные диспергированные повторы — тип ретротранспозонов, который широко распространён у млекопитающих и составляет до 20 % генома. ДДП-1 -элементы имеют длину около 6 тысяч пар оснований<ref name="SingerMcConnell2010"></ref>. Большинство этих ретротранспозонов в геноме представлено неполно, хотя существует примерно 150 полных и потенциально мобильных ДДП-1 -элементов в последовательности ДНК человека и примерно 3000 — у мыши<ref name="SingerMcConnell2010"></ref>.<br /> Процесс передвижения начинается со считывания молекулы РНК с элемента ДДП-1. РНК транспортируется к [[цитоплазма|цитоплазме]], где от неё транслируются белки [[#Глоссарий|БОРС1]] (который является РНК-связывающим белком) и [[#Глоссарий|БОРС2]] (который является белком с [[Эндонуклеазы|эндонуклеазной]] и возвратно-транскриптазной активностями). БОРС1, БОРС2 и РНК транспозона формируют рибонуклеопротеин и импортируются в [[Клеточное ядро|ядро]], где происходит [[обратная транскрипция]] ретротранспозона<ref name="CordauxBatzer2009">{{cite journal|author=Cordaux Richard, Batzer Mark A. |title=The impact of retrotransposons on human genome evolution|journal=Nature Reviews Genetics|volume=10|issue=10|year=2009|pages=691–703|issn=1471-0056|doi=10.1038/nrg2640}}</ref>.<br /> Большинство случаев вставки ДДП-1 -элементов происходит не до конца, и такие копии больше не способны к самостоятельной мобилизации<ref name="SingerMcConnell2010"></ref>.<br /> Существуют сведения о неканонических функциях ДДП-1 -элементов во время [[Инактивация Х-хромосомы|инактивации X-хромосомы]]<ref name=":0">{{cite journal|author=Melamed Esther, Arnold Arthur P. |title=The role of LINEs and CpG islands in dosage compensation on the chicken Z chromosome|journal=Chromosome Research|volume=17|issue=6|year=2009|pages=727–736|issn=0967-3849|doi=10.1007/s10577-009-9068-4}}</ref>.
* '''ДКП''' — [[длинные концевые повторы]] — ретротранспозоны, имеющие конечные повторяющиеся последовательности, которые играют важную роль в транскрипции и обратной транскрипции РНК транспозона<ref name="LevinMoran2011"></ref>. ДКП-элементы кодируют белки ''pol'' и ''gag'', которые близки к белкам ретровирусов, но, в отличие от последних, ДКП не хватает белков, которые смогли бы сформировать внешнюю оболочку ([[Вирусная оболочка|суперкапсид]]) и выйти из клетки<ref name="Keith Slotkin 2007"></ref>.
* '''КДП''' — короткие диспергированные повторы являются неавтономными ретротранспозонами: они требуют активности ДДП-1 -элементов для передвижения, в ДНК-последовательности КДП содержат только участок связывания [[РНК-полимераза|РНК-полимеразы]]<ref name="LevinMoran2011"></ref>. В число КДП входят Alu-ретротранспозоны.
[[Файл:Alu-ретротранспозоны.png|мини|334пкс|Структура Alu-ретротранспозона.]]
* '''[[Alu-повтор]]''' (''Alu'' от ''Arthrobacter luteus'') — широко распространённые мобильные элементы в геноме человека<ref>{{cite journal|author=Stower Hannah. |title=Alternative splicing: Regulating Alu element 'exonization'|journal=Nature Reviews Genetics|volume=14|issue=3|year=2013|pages=152–153|issn=1471-0056|doi=10.1038/nrg3428}}</ref>. Alu-элементы имеют длину около 300 пар оснований и часто расположены в [[интрон]]ах, участках генома, которые не транслируются, и межгенных участках<ref name="BatzerDeininger2002"></ref>. Приставку ''Alu-'' ретротранспозоны получили за то, что они содержат последовательность распознавания рестрикционного [[Ферменты|энзима]] AluI<ref name="BatzerDeininger2002"></ref>. Анализ последовательностей показал, что Alu-элементы возникли у [[приматы|приматов]] примерно 65 миллионов лет назад от гена 7SL РНК, который входит в рибосомный комплекс<ref name="BatzerDeininger2002"></ref>. Alu-ретротранспозоны не имеют собственной обратной транскриптазы, поэтому для передвижения им необходимые ферменты ДДП-1 -элементов.<br /> Alu-элементы являются участками, где происходит до 90 % всех случаев '''[[Аденин|A]]'''-'''[[Инозин|I]]''' [[Редактирование РНК|редактирования РНК]]<ref name="CordauxBatzer2009"></ref>.
* '''[[#Глоссарий|SVA]]''' — мобильные элементы длиной в 2-3 тысячи пар оснований ДНК, состоящие из нескольких частей: коротких разбросанных элементов (КДП), вариабельного числа тандемных повторов (ВЧТП), Alu-последовательностиі<ref>{{cite journal|author=Varki Ajit, Geschwind Daniel H., Eichler Evan E. |title=Human uniqueness: genome interactions with environment, behaviour and culture|journal=Nature Reviews Genetics|volume=9|issue=10|year=2008|pages=749–763|issn=1471-0056|doi=10.1038/nrg2428}}</ref> и CT-повтора, с последовательностью CCCTCT, которая встречается чаще всего и имеет название гексамер (Hex)<ref name="HancksMandal2012">{{cite journal|author=Hancks D. C., Mandal P. K., Cheung L. E. et al. |title=The Minimal Active Human SVA Retrotransposon Requires Only the 5'-Hexamer and Alu-Like Domains|journal=Molecular and Cellular Biology|volume=32|issue=22|year=2012|pages=4718–4726|issn=0270-7306|doi=10.1128/MCB.00860-12}}</ref>. SVA элементы значительно варьируют в длину из-за разного количества составляющих повторов<ref name="HancksMandal2012"></ref>. Они не являются автономными и нуждаются в белках, закодированных в ДДП1 ретротранспозонах для передвижения, но они активны в геноме человека<ref name="LevinMoran2011"></ref>. SVA-элементы претерпевают высокий уровень [[Метилирование ДНК|метилирования ДНК]] в большинстве тканей человека. Интересным фактом является заниженное метилирование ДНК SVA-ретротранспозонов в [[Сперматозоид|мужских половых клетках]] человека, тогда как у [[шимпанзе]] SVA-последовательности сперматозоидов высоко метилированы<ref name="HancksKazazian2012">{{cite journal|author=Hancks Dustin C., Kazazian Haig H.|title=Active human retrotransposons: variation and disease|journal=Current Opinion in Genetics & Development|volume=22|issue=3|year=2012|pages=191–203|issn=0959437X|doi=10.1016/j.gde.2012.02.006}}</ref>.
 
Строка 83:
 
== Болезни ==
По состоянию на 2012 год задокументировано 96 различных заболеваний человека, причиной которых является ''de novo'' внедрение мобильных генетических элементов<ref name="HancksKazazian2012"></ref>. Alu-повторы часто вызывают [[Хромосомные перестройки|хромосомные аберрации]] и являются причиной 50 разновидностей заболеваний<ref name="ZamudioBourc'his2010">{{cite journal|author=Zamudio N, Bourc'his D. |title=Transposable elements in the mammalian germline: a comfortable niche or a deadly trap?|journal=Heredity|volume=105|issue=1|year=2010|pages=92–104|issn=0018-067X|doi=10.1038/hdy.2010.53}}</ref>. Так, у [[Нейрофиброматоз I типа|нейрофиброматоза I типа]] было найдено 18 случаев встроенных [[Ретротранспозоны|ретротранспозонов]], 6 из которых происходят в 3 специфических местах. Активность мобильных элементов [[#Глоссарий|ДДП-1]] мобильных элементов в соматических тканях зафиксирована у пациентов с раком легких<ref name="HancksKazazian2012"></ref>.
 
Если транспозиция, которая вызывает заболевания, происходит в [[гамета]]х, то следующие поколения наследуют болезни. Так, [[гемофилия]] может возникать из-за встраивания ретротранспозона ДДП-1 в участок ДНК, кодирующий ген [[Фактор свёртывания крови VIII|VIII фактора свертывания крови]]. У мышей были зафиксированы случаи онкогенеза, остановки развития и стерильность в связи со встраиванием мобильных элементов генома<ref name="ZamudioBourc'his2010" />.
Строка 97:
Считается, что [[приобретённый иммунитет]] [[млекопитающие|млекопитающих]] возник у [[Челюстноротые|челюстных]] [[рыбы|рыб]] примерно 500 миллионов лет назад<ref name="FlajnikKasahara2009">{{cite journal|author=Flajnik Martin F., Kasahara Masanori. |title=Origin and evolution of the adaptive immune system: genetic events and selective pressures|journal=Nature Reviews Genetics|volume=11|issue=1|year=2009|pages=47–59|issn=1471-0056|doi=10.1038/nrg2703}}</ref>. Приобретённый иммунитет позволяет формировать [[антитела]] для многих видов [[патоген]]ов, попадающих в организм млекопитающих, включая человека. Для формирования различных антител клетки [[Иммунная система|иммунной системы]] изменяют последовательность ДНК путём [[V(D)J-рекомбинация|соматической рекомбинации]] с помощью системы, которая возникла и эволюционировала благодаря мобильным элементам генома<ref name="FlajnikKasahara2009"></ref>.
 
[[Нейроны]], клетки нервной системы, могут иметь мозаичный геном, то есть последовательность ДНК у них отличается от последовательности ДНК других клеток, хотя все они сформировались из одной клетки-предшественника — [[зигота|зиготы]]. Доказано, что у [[Крысы|крыс]] специально вставленные [[#Глоссарий|ДДП-1]] -ретротранспозоны человека активны даже в зрелом возрасте. Также зафиксировано увеличение копий ДДП-1 -ретротранспозонов в [[нейрон]]ах некоторых участков [[Головной мозг человека|мозга]], в частности [[гипоталамус]]а, по сравнению с другими тканями у взрослых людей<ref>{{cite journal|author=Coufal Nicole G., Garcia-Perez José L., Peng Grace E. |title=L1 retrotransposition in human neural progenitor cells|journal=Nature|volume=460|issue=7259|year=2009|pages=1127–1131|issn=0028-0836|doi=10.1038/nature08248}}</ref>. Также установлено, что мобильные элементы приводят к разнородности в нейронах мухи [[Drosophila melanogaster]]<ref name="PerratDasGupta2013"></ref>. Активность мобильных элементов в нейронах может повлечь [[Синаптическая пластичность|синаптическую пластичность]] и большую вариабельность поведенческих реакций<ref name="SingerMcConnell2010">{{cite journal|author=Singer Tatjana, McConnell Michael J., Marchetto Maria C.N. et al. |title=LINE-1 retrotransposons: mediators of somatic variation in neuronal genomes?|journal=Trends in Neurosciences|volume=33|issue=8|year=2010|pages=345–354|issn=01662236|doi=10.1016/j.tins.2010.04.001}}</ref>.
 
Последовательности ДНК генов теломеразы и ДДП-1 -ретротранспозонов имеют высокую гомологию, что свидетельствует о возможности происхождения теломераз от ретротранспозонов<ref name="Syvolob" />.
 
У растений очень большая скорость эволюции геномов, поэтому лучше всего известны те влияния мобильных элементов, которые возникли вследствие [[Одомашнивание|одомашнивания]], поскольку оно произошло недавно, и эти изменения легко идентифицировать, поскольку известны черты, по которым велась [[селекция]] [[Культурные растения|культурных растений]]<ref name="Plant tr 2013"></ref>. Примером может быть приобретение овальной формы римским помидором [[Solanum lycopersicum]]. Ген, который находится в [[локус]]е SUN, был перемещён путём ретротранспозиции в другой участок ДНК, где он регулируется другими [[промотор]]ными последовательностями у овальных томатов<ref name="Plant tr 2013"></ref>.
Строка 110:
Наиболее известная система для ввёденного мутагенеза ''[[in vivo]]'' — [[P-элемент (дрозофила)|P-мобильный элемент мухи D. melanogaster]], с помощью которого можно изучать функции генов, налаживание [[Хромосомные перестройки|хромосомных аберраций]] и т. п.<ref name="CarlsonLargaespada2005">{{cite journal|author=Carlson Corey M., Largaespada David A. |title=Insertional mutagenesis in mice: new perspectives and tools|journal=Nature Reviews Genetics|volume=6|issue=7|year=2005|pages=568–580|issn=1471-0056|doi=10.1038/nrg1638}}</ref>
 
У [[Позвоночные|позвоночных]] животных долгое время не было эффективной методики транспозонной модификации генома. Сейчас есть система Tol2 мобильного элемента Tol2, полученная из японской рыбы [[Oryzias latipes]], которая используется как у мышей, так и на [[Культура клеток|клеточных линиях]] человека<ref name="CarlsonLargaespada2005"></ref>. Также успешной является система транспозонов Minos<ref>{{cite journal|author=Venken Koen J T, Schulze Karen L, Haelterman Nele A. |title=MiMIC: a highly versatile transposon insertion resource for engineering Drosophila melanogaster genes|journal=Nature Methods|volume=8|issue=9|year=2011|pages=737–743|issn=1548-7091|doi=10.1038/nmeth.1662}}</ref>.
 
Система транспозонов ''«Спящая Красавица''» ({{lang-en|Sleeping Beauty}}) была создана на основе последовательности ДНК [[транспозаза|транспозазы]] из рыбы. Удачное использовании этой системы на [[Мышиные|мышах]] позволило определить кандидатов в онкогены рака кишечника человека<ref>{{cite journal|author=March H Nikki, Rust Alistair G, Wright Nicholas A. |title=Insertional mutagenesis identifies multiple networks of cooperating genes driving intestinal tumorigenesis|journal=Nature Genetics|volume=43|issue=12|year=2011|pages=1202–1209|issn=1061-4036|doi=10.1038/ng.990}}</ref>.
 
=== Филогенетика ===
Источник — https://ru.wikipedia.org/wiki/Транспозоны