Мобильные элементы в геномах эукариот Лекции 5
Автономные и не автономные элементы влияют на активность генов Не активный Ds Активные Ds + Ас Активный Ас
Гибридный дисгенез у дрозофилы. • Три системы дисгенеза: P-M (p-элементы), H-E (Hobo), I-R (I-элемент) • P-M система: Р-линии (30 -60 копий Р элемента, часть дефектные), М-линии (нет Р элементов, или все дефектные (М’ линии). • Скрещивание самцов Р с самками М вызывает гибридный дисгенез (множественные мутации и фенотипические изменения, потомство частично стерильно).
Контроль мобильности клеткой
Контроль мобильности клеткой 1 Метилирование Cp. G Блок транскрипции 2 Незавершённая транскрипция Нефункциональная РНК 3 Отсутствие сигнала полиаденилирования Не стабильная РНК, не распознаётся ORF 2 LINE 1. 4 Гетерохроматинизация Блок транскрипции РНК-интерференция Деградация РНК Выведение продуктов синтеза в стресс-гранулах Нарушение формирования РНП комплекса 5 RISC 6 7 TREX 1 Деградация однонитевой ДНК. Деградация продуктов обратной транскрипции 8 ADAR РНК-эдитинг Нарушение формирования РНП комплекса 9 APOBEC 3 Механизм неизвестен Блокирует ретропозицию в клеточных культурах. 10 MAEL Механизм неизвестен Защита от ретропозиции во время мейоза
Piwi-РНК - специфический агент против транспозиции • • Piwi-РНК, как правило, получается из кластера Piwi генов, имеющих двунаправленную экспрессию. Первичные Piwi-РНК транскрибируются и созревает в клетках герминативного пути. Помимо стандартного для mi. RNA пути созревания, Piwi РНК имеет свой собственный путь, основанный на последовательном расщеплении сенс- и антисенс-транскриптов. Следующим этапом является специфическое метилирование 3’ нуклеотидов в Piwi-RNA.
Цикл воспроизводства pi. RNA.
Piwi-РНК - специфический агент против транспозиции • • Piwi-РНК часто образуются из генов бывших транспозонов, транскрибирующихся в антисенс ориентации. В этом случае путь Piwi амплификации включает активные транспозоны. У дрозофилы, специализированный ген flamenco содержит РНК составленную из кусочков активных мобильных элементов. и продуцирует первичную Piwi-РНК. Связываясь с РНК мобильных элементов она запускает накопление Piwi РНК, которые в дальнейшем могут блокировать транспозоны на разных уровнях.
Нокаут системы Piwi-РНК вызывает стерильность у самок дрозофилы. • Для правильного формирования ооцита Дрозофилы необходима определённая субклеточная локализация м. РНК гена osk, определяющая в дальнейшем ось личинки. • Нарушение системы Piwi приводит к тому, что, через каскад событий, блокируется формирование системы микротрубочек, направляющих osk РНК в нужный компартмент ооцита и личинка гибнет на начальных этапах развития. Формирование нормального ооцита Нарушение транспорта osk РНК в мутанте по Piwi системе
Метилирование ДНК • • Метилирование ДНК – воспроизводимое в цикле репликации метилирование цитозина в Ср. G группах. Метилирование ДНК является эволюционно древним механизмом защиты от нежелательных повторяющихся элементов.
Метилирование ДНК • Метилированные основания в ДНК обнаружены свыше 50 лет назад. • Метилирование осуществляется ферментативно в первые минуты после репликации ДНК, т. е. пострепликативно. • Поскольку нуклеотидная последовательность ДНК при этом не меняется, метилирование по сути - событие эпигенетическое. • Метилирование, хотя и является стабильной и наследуемой модификацией, в принципе обратимо под воздействием ферментов и тем самым принципиально отличается от мутаций ДНК. • Метилирование остатков цитозина имеет место у бактерий, растений, животных, в том числе млекопитающих (включая человека), насекомых но отсутствует у дрожжей и нематод.
Метилирование ДНК • Благодаря существующей в бактериях системе метилированиярекогниции (рестрикции-модификации) клетки способны идентифицировать свой генетический материал и отличать его от инородных молекул, проникших в клетку тем или иным способом. • Некоторые плесневые грибы элиминируют нежелательные повторяющиеся последовательности посредством интенсивного их метилирования, за которым следует накопление точковых мутаций из-за высокой мутабельности остатков 5 -метилцитозина. • В клетках грызунов и человека интегрированные вирусные последовательности могут подвергаться метилированию и обусловленному им стабильному блоку транскрипции. • Гиперметилирование Cp. G-островков приводит к устойчивой репрессии транскрипции с данного участка ДНК, которая опосредована белками, способными связываться с метилированными Cp. G-динуклеотидами. Эти белки, называются метилцитозин-связывающими белками, и привлекают деацетилазу гистонов (HDAC) и другие факторы, участвующие в ремоделировании хроматина и образовании гетерохроматина.
Функции мобильных элементов: реорганизация генома в результате рекомбинации по повторам 1. Делеция нуклеотидной последовательности между двумя сонаправленными элементами. 2. Инверсия нуклеотидной последовательности между двумя противонаправленными элементами. 3. Транслокация нуклеотидной последовательности между двумя участками генома в результате негомологичной рекомбинации. 4. Хромосомные абберации и транслокации. (4)
Функции мобильных элементов: взаимодействие с генами 1. Встраивание в экзон – нарушение рамки считывания. 2. Разрушение сплайс-сайта – пропуск экзона. 3. Дополнительный сплайс-сайт – короткая форма м. РНК 4. Экзонизация – дополнительный экзон, возможно, с нарушением рамки считывания и/или стоп -кодоном.
Функции мобильных элементов: взаимодействие с генами • LTR – усиление транскрипции гена и/или его альтернативный старт. • Встраивание транспозона между энхансорами или регуляторами может приводить к нарушению регуляции гена, блоку экспрессии или оверэкспрессии. • LTR, встроившийся перед протоонкогеном может вызвать его экспрессию и перерождение клетки в раковую.
Функции мобильных элементов: взаимодействие с генами • Мобильный элемент в интроне гена в антисенс ориентации может блокировать экспрессию гена через конфликт полимераз. • Интеграция мобильного элемента в UTR может приводить si. РНК интерференции и блокированию трарнсляции м. РНК. • Гиперметилирование ДНК в районе интеграции мобильных элементов может блокировать активность близлежащих генов.
Функции мобильных элементов: теломеры • Теломеры эукариот содержат однонитевую ДНК • Специфические «мобильные элементы (LINE)» дефектные по эндонуклеазе имеют на 3’конце область, комплиментарную повтору теломеразы. • Теломераза достраивает теломеру после интеграции элемента. • При этом теломера существенно удлиняется.
Функции мобильных элементов: экзонизация • • Экзонизацией называется образование новых экзонов, включающих в себя часть или целый мобильный элемент. Экзонизация возникает, в результате образования дополнительного сплайс-сайта. Как правило возникает альтернативный сплайс- вариант м. РНК. Если образовавшийся экзон полезен, отбор может отселектировать один вариант из двух или оставить оба.
Функции мобильных элементов: новые функции в клетке • • ID – элемент, только у грызунов, произошёл, вероятно из т. РНК аланина. Не автономный, использует LINE 1 для ретропозиции. ВС 1 – это ID – элемент с добавлением специфического участка. Активен только в мозгу, только в гипоталамусе. Функция до конца не понятна, вероятно регуляция синтеза белков в дендритах нервных клеток. У приматов есть полный аналог BC 1 – это BC 200, расположенный в ином локусе, но так же активный в мозгу и сформировавшийся из Alu элемента.
Роль мобильных элементов в жизни эукариот. • • Мобильные элементы в геноме эукариот в основном являются мутагенами. Стратегии защиты клетки от активности мобильных элементов включают инактивацию транскрипции, блокирование трансляции, нарушение структуры РНК мобильного элемента. В принципе, эти механизмы работают по отношению к любому многокопийному гену в составе генома, за исключением облигаторных клеточных компонентов. Дополнительные уровни защиты от активности мобильных элементов включаются при формировании гамет. Это Piwi-РНК система и блокировка формирования яйцеклеток при обнаружении активности мобильных элементов. Помимо прямой мутагенной активности, мобильные элементы могут вызывать различные эффекты на экспрессию генов через взаимодействие с элементами структуры гена. Некоторые мобильные элементы были рекрутированы отбором на исполнение особых, специфических функций (например RAG система или BC 1 и BC 200, достройка теломер). Некоторые мобильные элементы имеют функцию внутри кодовой части или в окружении гена. Рекрутированная функция мобильных элементов в ORF части гена чаще всего является спейсерной сигнальной. Мобильные элементы рекрутированные в функцию целиком часто работают буфером.
Скачать презентацию Мобильные элементы в геномах эукариот Лекции 5
b85b50096c9669cdcfdd5bec632caebd.ppt