Transposon

Typer

Transposoner er kun en af flere typer mobile genetiske elementer. Transposoner selv er af to typer alt efter deres mekanisme, som enten kan være "copy and paste" (klasse I) eller "cut and paste" (klasse II).

Klasse I (retrotransposoner): De kopierer sig selv i to trin, først fra DNA til RNA ved transkription og derefter fra RNA tilbage til DNA ved omvendt transkription. DNA-kopien indsættes derefter i genomet på en ny plads. Retrotransposoner opfører sig meget lig retrovirusser som f.eks. HIV.

Klasse II (DNA-transposoner): I modsætning hertil involverer transposonerne i klasse II-transposonerne ikke et RNA-mellemled i deres cut-and-paste-transpositionsmekanismer.

 
En bakteriel DNA-transposon  

Som årsager til sygdom

Transposoner er mutagener. De kan beskadige deres værtscellers arvemasse på forskellige måder:

• Et transposon eller et retroposon, der indsættes i et funktionelt gen, vil sandsynligvis sætte det pågældende gen ud af funktion.
• Når et transposon forlader et gen, vil det resulterende hul sandsynligvis ikke blive repareret korrekt.
• Flere kopier af den samme sekvens, såsom Alu-sekvenser, kan forhindre præcis kromosomal parring under mitose og meiose, hvilket resulterer i ulige krydsninger, en af hovedårsagerne til kromosomduplikation.

 

Brug

Transposoner kan bære accessoriske gener som f.eks. antibiotikaresistensgener. De kan bruges til at indsætte et gen i en organismes DNA. Dette er blevet gjort med frugtfluer (Drosophila melanogaster) ved at sætte transposonen ind i embryoet.

 

Eksempler

• De første transposoner blev opdaget i majs (Zea mays) af Barbara McClintock i 1948, hvilket hun fik Nobelprisen for i 1983. Hun bemærkede kromosommutationer forårsaget af disse transposoner. Ca. 50 % af majsens samlede genom består af transposoner. Det Ac/Ds-system, som McClintock beskrev, er klasse II-transposoner.
• En familie af transposoner i frugtfluen Drosophila melanogaster kaldes P-elementer. De synes først at være dukket op hos arten i midten af det tyvende århundrede. I løbet af 50 år har de spredt sig i alle populationer af arten. Kunstige P-elementer bruges til at indsætte gener i Drosophila ved at injicere embryoet.
• Den mest almindelige form for transposon i mennesker er Alu-sekvensen. Den er ca. 300 baser lang og kan findes mellem 300.000 og en million gange i det menneskelige genom.
• Mariner-lignende elementer er en anden fremtrædende klasse af transposoner, der findes hos flere arter, herunder mennesker. Mariner-transposonet blev først opdaget af Jacobson og Hartl i Drosophila. Dette transposable klasse II-element er kendt for sin uhyggelige evne til at blive overført horisontalt hos mange arter. Det anslås, at der findes 14 000 kopier af Mariner i det menneskelige genom, som omfatter 2,6 millioner basepar.

 

Evolution

Transposoner findes i mange former for liv. De kan være opstået uafhængigt af hinanden mange gange, eller måske kun én gang og derefter spredt til andre riger ved horisontal genoverførsel.

Mens nogle transposoner kan give deres værter fordele, betragtes de fleste af dem som selviske DNA-parasitter. På denne måde ligner de virus. Forskellige vira og transposoner har også fælles træk i deres genomstrukturer og biokemiske evner, hvilket har ført til spekulationer om, at de har en fælles forfader.

Overdreven transposon-aktivitet kan ødelægge et genom, hvilket er dødeligt. Mange organismer har udviklet mekanismer til at hæmme dem. Bakterier kan bruge gensplejsning til at fjerne transposoner og vira fra deres genomer, mens eukaryote organismer bruger RNA-interferens (RNAi) til at hæmme transposonaktivitet.

I hvirveldyrceller koder næsten alle de mere end 100.000 DNA-transposoner i et genom for inaktive polypeptider. Hos mennesker er alle de klasse I-lignende transposoner inaktive. Det første DNA-transposon, der blev brugt som et redskab til genetiske formål, det såkaldte "Sleeping Beauty"-transposonsystem, var et transposon, der blev genoplivet efter en lang evolutionær søvn.

Rolle i immunsystemet

Transposoner kan være blevet taget i brug af hvirveldyrs immunsystem som et middel til at producere antistofdiversitet: V(D)J-rekombinationssystemet fungerer ved hjælp af en mekanisme, der ligner transposonernes mekanisme. Det er et system med tre gener, som omarrangeres i produktionen af lymfocytter fra hvirveldyr. Systemet koder på forskellig vis for proteiner, der passer til antigener fra bakterier, vira, parasitter, dysfunktionelle celler som f.eks. tumorceller og pollen.

Den endelige DNA-sekvens og dermed sekvensen af antistoffet er meget variabel, selv når de samme to V-, D- eller J-segmenter er forbundet. Denne store diversitet gør det muligt for VDJ-rekombination at generere antistoffer selv mod mikrober, som hverken organismen eller dens forfædre tidligere har mødt.