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7.12:

Trasposoni a DNA

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Biologia Molecular
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DNA-only Transposons

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I transposoni si trovano sia nei procarioti che negli eucarioti;rappresentano il 5l genoma di ameba, 44l genoma umano, e fino al 90l mais. Ci sono molti tipi differenti di transposoni, ma possono essere ampiamente caratterizzati in due classi distinte-1 e 2. I transposoni di classe 1, noti anche come retrotransposoni, richiedono la trascrizione di un RNA intermedio in DNA prima di essere inserito nel loro bersaglio.Tuttavia, i transposoni di classe 2, o transposoni di solo DNA, rimangono a forma di DNA durante tutta la trasposizione;contengono anche un gene che codifica per un enzima multifunzionale chiamato transposasi. Il gene della transposasi è affiancato da ripetizioni terminali invertite, che sono a filamento singolo, lunghe da circa nove a 40 coppie di basi, e integrazioni inverse l’una dell’altra. Durante la trasposizione di taglia e incolla, il gene esprime due monomeri dell’enzima transposasi, che si legano alle ripetizioni terminali invertite.Quando i monomeri dimerizzano, portano insieme le due ripetizioni invertite. Questo crea un stabile complesso proteico di DNA, definito complesso sinaptico, o transpososoma. In seguito, il transpososoma taglia i filamenti di DNA su ogni estremità del transposone, lasciando indietro le sequenze chiamate ripetizioni dirette.Questo rilascia il transposone dal DNA donatore, che è ora libero di essere trasportato ad un bersaglio casuale. Per l’inserzione, la transposasi effettua due tagli sfalsati nel DNA bersaglio mediante scissione dei legami fosfodiesteri. I filamenti sezionati del DNA bersaglio sono separati per creare un gap con sporgenze a singolo filamento.Ora, l’estremità 3 primi OH del DNA di trasposone reagisce con il terminale 5 primi del DNA bersaglio, lasciando spazio tra l’estremità 5 primi del trasposone e l’estremità 3 primi del bersaglio. La DNA polimerasi utilizza l’estremità 3 primi del gap come primer e colma il gap in un processo chiamato duplicazione del sito target. Il DNA di nuova sintesi e il transposone sono uniti da DNA ligasi.Tale inserimento può avere effetti significativi:in alcuni casi, può attivare o disattivare il gene bersaglio fornendo nuovi promotori o isolatori codificati dal transposone. In alternativa, può anche alterare la funzione genica interrompendo la normale giunzione dell’esone durante la generazione dell’mRNA. Ad esempio, questo può accadere se un transposone contenente un nuovo sito di splice, salta in un gene esistente e riavvolge i segnali trascrizionali, con conseguente creazione di un mRNA aberrante

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Trasposoni a DNA

DNA-only transposons are called autonomous transposons since they code for the enzyme transposase that is required for the transposition mechanism. Insertion of transposons can alter gene functions in multiple ways. They can mutate the gene, alter gene expression by introducing a novel promoter or insulator sequence, introduce new splice sites, and change the mRNA transcripts produced, or remodel chromatin structure.

The donor site from where the transposon is excised is either degraded or repaired. Inaccurate repair methods do not restore the donor to its original sequence, often inadvertently changing its phenotype.

Imperfect excision of transposable elements leads to parts of genomic sequences being carried over with the transposon. This results in a phenomenon called exon shuffling, where two unrelated exons are positioned adjacent to each other, thereby resulting in new gene structures. Thus, transposition can not only move genes around but can also reorganize non-mobile genetic elements.

Upon insertion at the target site, transposons can alter the activity of the host genetic elements. This makes DNA transposons powerful tools in genome editing. In transgenesis, synthetic DNA transposons are used as gene vehicles to study the effects of the foreign DNA in the host organism. A widely used synthetic DNA transposon is the Sleeping beauty transposon that is inserted in the genomes of different species ranging from protozoa to small vertebrates such as fishes, frogs, and mice, to introduce new traits or discover new genes.

Leitura Sugerida

  1. Pray, Leslie A. "Transposons: The jumping genes." Nature education 1, no. 1 (2008): 204.
  2. Kazazian, Haig H. "Mobile elements: drivers of genome evolution." science 303, no. 5664 (2004): 1626-1632.
  3. Zeng, Lu, Stephen M. Pederson, R. Daniel Kortschak, and David L. Adelson. "Transposable elements and gene expression during the evolution of amniotes." Mobile DNA 9, no. 1 (2018): 17.
  4. Muñoz-López, Martín, and José L. García-Pérez. "DNA transposons: nature and applications in genomics." Current genomics 11, no. 2 (2010): 115-128.