14.6: Роль транспозиції в еволюції та різноманітності

Last updated
Save as PDF

Page ID: 6073

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

А. транспозони та перетасування ексона

Роль нерівної рекомбінації в рухомих екзонів у різних еукаріотичних розщеплених генах була описана раніше. Такий вид перетасування екзонів може статися, коли короткі послідовності ДНК у двох різних інтрони зміщуються під час мейотичного синапсису, що дозволяє нерівномірно перетинати. Експресія гена з «новим» екзоном виробляє білок з новим доменом і новою активністю. Якщо захід не шкідливий, різноманітність збільшується!

При виявленні в інтрони транспозони - це довгі ділянки подібності ДНК, які можуть стабілізувати синапсис, збільшуючи шанси на нерівну рекомбінацію та перетасування екзонів. Наприклад, елементи Alu (SINE) часто знаходяться всередині інтронів, де вони можуть інтегруватися без негативного ефекту. Подібність елементів Alu в інтрони непов'язаних генів, здається, пояснює перетасування екзонів шляхом нерівного перетину між різними генами, які поділяють домени та специфічні функції в результаті. Інший спосіб, за допомогою якого транспозони полегшують перетасування екзонових клітин зародкової лінії, є більш прямим. Уявіть собі пару транспозонів в інтрони гена по обидва боки екзону. Якщо такі транспозони поводяться як два зовнішні елементи IS в бактеріальному елементі Tn (розглянуто вище), вони можуть бути висічені як один, великий транспозон, що містить екзон. Парні транспозони, що фланкують екзон, можуть потім вставити в інтрон зовсім іншого гена! Ця можливість проілюстрована на наступній сторінці.

Транспозонно-опосередковане перетасування екзонів може пояснити вставку екзонокодованих доменів епідермального фактора росту (EGF) в кілька неспоріднених генів. Мітоген EGF був виявлений, оскільки він стимулював клітини шкіри, щоб почати ділитися. Ген TPA (тканинний активатор плазміногену, протеази, що розчиняє тромб) поділяє генні домени EGF. TPA - це лікування жертв серцевого нападу, яке при швидкому введенні після нападу може розчинити згусток і дозволити кровотоку коронарної артерії відновити серцевий м'яз. Інші гени, що містять домени EGF, включають ті, що стосуються білків Neu та Notch, обидва беруть участь у клітинній диференціації та розвитку.

Деякі події перетасування екзонів, можливо, були опосередковані транспозицією LINE та спеціальною групою нещодавно виявлених транспозонів, які називаються гелітронами. Гелітрони тиражуються за допомогою механізму кочення кола. Якщо вам цікаво про гелітрони, виконайте пошук у Google, щоб дізнатись більше про них та яку роль вони могли відігравати у переробці та реконструкції геномів в еволюції. Загальний шлях перетасування екзонів за участю парних проксимальних транспозонів ДНК проілюстрований нижче.

У загальному прикладі, показаному вище, екзон 2 гена А був вставлений разом з фланковими транспозонами в інший ген (ген B).

B. транспозон гени і імунна система і гени мають історію

Кілька важливих еукаріотичних генів, можливо, були отримані з транспозонів. Мабуть, самий інтригуючий приклад цього - знайти в складній імунній системі хребетних. Наша імунна система включає імуноглобуліни (антитіла). Ви успадкували гени для білків імуноглобуліну від батьків.

Ці гени містять кілька варіантів V, D і J областей, пов'язаних з областю С. V, D, J і C визначаються як змінна V, J приєднання, D різноманітність і DC постійних областей ДНК відповідно. Вони будуть рекомбінувати, щоб створити багато різноманітних молекул антитіл до імуноглобуліну V-D-J-C (область D не завжди включається в кінцевий рекомбінований ген). Ці генні перебудови відбуваються під час дозрівання певних стовбурових клітин кісткового мозку, які стануть імунними клітинами (B або T лімфоцитами). У відповідь на виклик чужорідних речовин, які називаються антигенами, будуть обрані клітини, які містять перебудовані гени імуноглобулінів, які кодують імуноглобуліни, які можуть розпізнавати, зв'язувати та усунути антигени вторгнення.

Обговорення молекулярної біології імунної системи тут виходить за рамки нашої сфери. Досить сказати, що рекомбінаційний шлях перебудови генів імуноглобуліну включає ферментативну активність, дуже схожу на активність транспозиції. Насправді так званий фермент RAG1, активний у перебудові генів імуноглобуліну, тісно пов'язаний з генами сімейства транспозонів (транзиб), що знаходяться у безхребетних та грибів. Таким чином, схоже, гени імунної системи можуть мати своє походження в транспозон!