Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Transkript

1 Inovace studia molekulární a buněčné biologie Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

2 MBIO1/Molekulární biologie 1 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

3 TRANSPOZÓNY Mobilní genetické elementy a jejich význam Prof. RNDr. Milan Navrátil, CSc. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

4 TRANSPOZÓNY 5.html

5 TRANSPOZÓNY 5.html

6 Transpozóny x crossing over

7 Transpozóny Úseky DNA schopné přenosu na jiné místo genomu autonomně či s pomocí příbuzných elementů (transpozice). Způsobují změny genetické informace (inserční inaktivace, aktivace, modulace genové exprese, mutace). Významně se podílejí na architektuře genomu - většina repetitivní DNA v genomech rostlin je tvořena transpozóny nebo sekvencemi jimi mobilizovanými. U rostlin transpozóny nenesou geny, které přímo zvyšují fitness (na rozdíl od mnohých bakteriálních transpozónů).

8 Typy transpozónů Transpozóny kódující proteiny, které zajišťují - přenos DNA do jiného místa genomu - replikaci DNA a následný přenos kopie (transpozáza, resolváza) Retrotranspozóny kódující reverzní transkriptázu, která vytváří DNA kopie RNA transkriptů, které se integrují do různých míst genomu.

9 Typy transpozónů Autonomní elementy kódují gen, jehož produkt zajistí přenos/replikaci/rekombinaci. Neautonomní elementy nepřenášejí se (nekódují potřebné geny), ale mohou být mobilizovány jiným autonomním Tn.

10 Konzervativní x duplikativní transpozice

11 Konzervativní x duplikativní transpozice

12 Konzervativní x duplikativní transpozice

13 Autonomní x neautonomní traspozóny

14 Objevení transpozónů Barbara McClintock ( ) Nobelova cena za Fyziologii a medicínu 1983 za objevení (poznání podstaty) mobilních genetických elementů kukuřice

15 Objevení transpozónů Studium chromosomálních zlomů u kukuřice (genetické a cytogenetické markery). Zvýšený výskyt zlomů v určité oblasti marker dissociation Ds. Poloha markeru nebyla stabilní, u některých linií (!) se přesouvala. Ds v genu pro barvu způsobil jeho inaktivaci. Vzácná reverze při vývoji semene u některých linií (!) Předpověď existence aktivátoru Ac u zmiňovaných linií.

16 Transpozómy s invertovanými terminálními repeticemi (DNA transpozóny): - složitý proces transpozice (zlom, re-ligace), replikace - zdvojení krátké sekvence (2-8 bp) v místě začlenění = footprint

17 Transpozice

18 Transpozice

19 Bakteriální IS elememty transpozice

20 Bakteriální Tn elememty transpozice

21 Transpozice Mu elementu

22 Transpozómy s invertovanými terminálními repeticemi (DNA transpozóny) - autonomní - transpozáza rozpoznávající invertované repetice - pravděpodobnost začlenění - klastrování - několik až několik set kopií v genomu př.: Ac, Spm, Mu (kukuřice), Tam (Antirrhinum), TphI (petunie), TagI (Arabidopsis) - mutované formy Ac/Ds (Ds1, Ds2), Spm/dSpm Stowaway, Tourist > kopií, každých 30kbp u kukuřice (inserce do TA bohatých sekvencí)

23 Retrotranspozóny Až milióny kopií, velké oblasti genomu (uváděno až 40-80% genomu) Velikost 1-13kbp Replikace přes RNA intermediát (četné potomstvo), polycistronní RNA LTR (long terminal repeat) - promotor, terminátor, přímý repeat Krátké zdvojení cílové sekvence Mutageneze (LTR)

24 Retropozice x retroviry

25 Retropozice x retroviry

26 Retropozóny D. melanogaster

27 Geny retrovirů

28 Retropozóny

29 Retropozóny

30 Retropozóny a pseudogeny

31 Retropozóny a pseudogeny

32 Ty1- copia group Retropozóny rostlin BARE-1, ječmen, 12,1 kbp, > kopií, transkript v listech a kalusu Opie 1, kukuřice, 8,7 kbp, > kopií, kořeny, listy, integrace do LTR PREM-2, kukuřice, 9,5 kbp, > kopií, mikrospory Tnt1, tabák, 5,3 kbp, >100, protoplasty, kořeny, po poranění, ataku patogenu, integrace do euchromatinu Ty3 gypsy group potenciální předci živočišných retrovirů, někdy env-like sekvence Athila, A.t., 10,5 kbp, >10000, paracentromerické oblasti Athila-1-1, A.t., 12 kbp, 730, env-like sekvence Cinful-1, kukuřice, 8,6 kbp, 20000, listy, env-like sek.

33 Hybridní dysgeneze

34 Hybridní dysgeneze

35 Regulace aktivity transpozónů Retrotranspozóny obrovský potenciál měnit genovou funkci i strukturu genomu regulace vlatními mechanismy i hostitelem (většinou neaktivní metylace, řízená aktivace vývojově, vnějšími podmínkami) koevoluce mechanismů regulujících transpozici, inserční specifitu, mutagenní potenciál význam: změny regulace genů, úloha při opravách DNA, centromery DNA transpozóny regulace aktivity podmínkami vnějšího prostředí: Tam1 u hledíku (1000 x při 15 C) Metylace

36 Regulace genové exprese transpozóny zamezení či snížení transkripce modulace časově a místně specifické exprese změny ve stabilitě transkriptu a postranskripčních úpravách (sestřih) změna struktury výsledného proteinu (i footprinty)

37 Změny na úrovni genomu možná účast v multiplikaci genů tvorba bez-intronových kopií genů chromozómové přestavby (repetitivní sekvence) zlomy, inverze, delece, duplikace, translokace,

38 Metylace transpozónů Inaktivace dočasná, trvalá, možná příčina vzniku metylačních mechanismů U retrotranspozónů zřejmě společné rysy s umlčováním vícekopiových genů Aktivita Ac a Spm odlišná v závislosti na typu gamety (změny v průběhu gametogeneze) Nárůst metylace Spm a Mu s vývojem (listy), demetylace v časných fázích vývoje Metylace nutná především při meioze zachování integrity (x nelegitimnímu crossoveru)

39 Transpozice a zbarvení obilek

40 VSG proteiny trypanozóm

41 VSGs proteiny u trypanozóm