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Bolilla IV
ADN
Elementos móviles
Elementos móviles a ADN y ARN. Transposones en
procariotas: secuencias de inserción repetidos directos
e invertidos. Mecanismo replicativo: cointegrado
transposas y resolvasa. Familia A de transposones : Tn
10. Mecanismo no replicativo conservativo inversión
duplicativa escisión precisa e imprecisa. Transposones
en eucariotas: elemento P en Drosophila; elementos
de control en el maíz. Retrotransposones virales.
Retrotransposones no virales secuencias LTR
elementos LINE y SINE
Elementos Transponibles
Elementos genéticos se mueven hacia sitios
cromosómico nuevos por transposición
Sec. Rep. de 3-12 pb
Recombinación entre las molécula de ADN
Rep. Terminales invertidas (9-40pb)
Escasa selectividad por el sitio de inserción
Enzima necesaria para la transposición
En la misma cadena las dos secuencias no son
inversiones simples
Son invertidas como complementarias
La enzima que cataliza la transposición
reconoce repeticiones terminales invertidas
RECOMBINACIÓN
La información genética se ve redistribuida, tras la
transferencia.
La recombinación suministrando una fuente de
variación y selección para la evolución
Más rápida que la mutación.
Transposición
Corte escalonado del ADN
Se une a la cadena simple
ADN se replica
Mecanismos de transposición
Por ADN
POR ARN intermediario (Retro-transposón)
Los transposones pueden sufrir transposiciones
Replicativas
No Replicativas
Replicativas
La transposición no replicativa
El evento de transposición es de corte y pegado (una
Transposasa únicamente)
Genera sitios nocivos para la célula por lo que actúa el
mecanismo de reparación de la célula
Eso evita el aumento del número de copia en ella
Se replica secuencias cortas (repeticiones directas
flanqueantes)
Efecto mutagénico
La célula desarrolla mecanismos de regulación
de la transposición
Limitando producción de transposasa
Regulando la trascripción del gen
Los elementos transponibles producen
mutaciones y reordenaminetos
Muchos regulan su propia transposición
Fig.
TIPOS DE ELEMENTOS
GENÉTICOS
TRANSPONIBLES EN
BACTERIAS:
Composición
Secuencias de inserción (IS):
Pequeños (1000 pb o -), en sus extremos (IR), de 15
a 25 pb.
Gen codifica la transposasa.
En los genomas de muchas bacterias existen varias
copias de cada tipo de IS. En Escherichia coli K12
existen unas 6 copias de IS1, 7 de IS2, etc. Los
plásmidos conjugativos ricos en IS.
La frecuencia de transposición varía según el tipo de
IS ( 10-3 y 10-4).
La inserción de IS en un gen concreto ocurre a una
frecuencia de 10-5 y 10-7 (similar a mutaciones
espontáneas puntuales).
Estructura de los elementos
transponibles
IS (800-2000 pb)
Rep. terminales invertidas
Repeticiones directas flanqueantes
El elemento transponible codifica una enzima
(transposasas) que reconoce secuencias específicas
inversamente repetidas en los extremos.
Muchos elementos transponible: poseen un
mecanismo replicativo de transposición: dejan una
copia de sí mismos en el sitio original, y generan
una copia nueva en el sitio a donde se transponen
(recombinación específica duplicativa).
Transposones (Tn):
3.000 pb hasta más de 20.000 pb
La transposasa mas un gen ( fenotipos fácilmente
seleccionables o detectables) ( resistencia a
antibióticos o a metales pesados).
Dentro de los transposones bacterianos podemos
distinguir dos subtipos principales:
Transposones compuestos, extremos secuencias de
inserción idénticas o casi idénticas.
Algunos poseen las dos copias de IS en la misma
orientación, (u opuestas)
IS poseen cortos terminales inversamente repetidos (IR).
La transposición depende de una o de ambas copias de la
IS.
Transposones compuestos
Dos copias de IS
Resistencia a antibióticos
Ejemplos:
Tn10: dos IS10 casi idénticas, que “emparedan” a un
gen de resistencia a la tetraciclina (TetR).
Tn5: dos IS50 casi idénticas que “emparedan” un
gen de resistencia a kanamicina (KmR) y un gen de
resistencia a la estreptomicina (StrR).
Tn9: dos copias idénticas y en la misma orientación
de la IS1, enmarcando a un gen de resistencia a
cloramfenicol (CmR).
Transposones no compuestos:
carecen de IS
dos secuencias inversamente repetidas (IR).
transposasa, y a veces la resolvasa
Suelen dar sólo transposiciones.
Los cointegrados se “resuelven” por una resolvasa
codificada por el mismo transposón.
Existen “familias” que presentan un origen evolutivo
común: familia de TnA, que incluye Tn1 (AmpR), Tn3
(AmpR), Tn1000, etc.
Los miembros de una misma familia comparten el mismo
tipo de sistema de transposa/resolvasa, pero cada miembro
puede contener genes de resistencia totalmente diferentes
(adquiridos independientemente por la evolución).
Una clave de cómo han podido adquirirlos la da una
categoría especial de transposones, llamada integrones.
Tn3 transposón no compuesto (no IS)
Rep terminales invertidas de 38 pb
Rep dir flanqueantes de 5 pb
Tiene gen de Transposasa y resolvasa
Betalactamasa (rest. ampicilinas)
Integrones (In):
Elementos transponibles terminales inversamente repetidos
(resistencia a antibióticos o a metales pesados) poseen una
integrasa.
Se transponen como una IS o Tn, la integrasa
(recombinación específica de sitio)
Pueden formar parte de transposones mayores (ej., el Tn21
es un gran transposón que codifica múltiples resistencias a
antibióticos, y dentro de él se encuentra el integrón In2, que
contiene su propio gen int (integrasa)
Tipos principales de recombinación:
1)
Recombinación general u homóloga
2) Recombinación específica (no-homóloga), en
la que a su vez distinguimos:
a)
conservativa;
b) Rec. específica “ilegítima”, propiciada
por elementos genéticos transponibles.
Recombinación general u homóloga
Ocurre en cualquier lugar del genoma, por
emparejamiento entre pares de secuencias con
homología suficientemente extensa.
Depende de la intervención de un equipo enzimático
característico( proteína RecA) .
Recombinación específica legítima (conservativa)
Requiere cortas secuencias de homología entre el
exogenote y el endogenote “específica de
sitio”(reconocidas por proteínas específicas).
Independiente de RecA.
Ej. integración de genomas de fagos en sitios
concretos del genoma del hospedador.
Recombinación específica ilegítima: fenómenos
de transposición
No depende de homologías.
Independiente de RecA.
REGULACION DE LA
TRANSPOSICION Y
POSIBLE SIGNIFICADO
EVOLUTIVO
Muchos transposones, no pueden insertarse de nuevo en ese mismo
replicón, sino que han de hacerlo en otra molécula de ADN.
Se debe a que poseen mecanismos que impiden que sature de
inserciones una misma molécula de ADN. Ejemplos:
La proteína codificada por el gen tnpR del Tn3, además de actuar
como resolvasa, interviene como represor del gen tnpR (codifica la
resolvasa), y de su propio gen.
Tn10, sólo se transponen inmediatamente después de que haya
pasado por ellos la horquilla de replicación. (ADN hemimetilado),
activa el promotor de su transposasa así como a sus terminales.
Si los transposones podrían llegar a “saturar” de sus
copias al genoma del “hospedador”(inactivarlo).
La “solución de compromiso” entre la tendencia
del transposón de “moverse” ilimitadamente (
inactivación insercional de numerosos genes), y la
necesidad de conservar la integridad de las
funciones de la bacteria.
Existen mecanismos que limitan el número de
inserciones de un mismo elemento transponible
dentro de un determinado replicón.
CONSECUENCIAS
GENÉTICAS DE LA
TRANSPOSICION
Causan alteraciones genéticas que pueden a su
vez ser fuente de variabilidad genética sobre la que
pueden actuar las fuerzas selectivas del ambiente,
“alimentar” los procesos evolutivos.
Algunas de las alteraciones genéticas propiciadas
por elementos genéticos móviles:
1) Inactivación insercional de un gen donde se
hayan transpuesto: rompen la continuidad del gen,
generando mutaciones que inactivan la función de
dicho gen.
En operón policistrónico, efectos polares sobre
la transcripción de los genes distales del operón, (
zonas susceptibles de generar horquillas en el
ARNm que actúan como terminadores de
transcripción )
Nomenclatura si una copia de IS1 se ha insertado en
el gen lacZ, esto se representa como IS1::lacZ.
2) Secuencias IS (p. ej., IS2, IS3), o transposones
(Tn5 y Tn10) en una de sus orientaciones, pueden
activar la expresión de genes adyacentes al sitio de
integración. (potentes promotores).
3) Algunos tn e IS sufren escisiones anómalas
que “arrastran” consigo material genético adyacente.
Provoca grandes delecciones en los replicones
donde previamente se habían insertado.
4) Los Tn e IS pueden actuar como regiones
portátiles de homología:
a) Dos transposones idénticos, situados en
lugares diferentes del cromosoma, pueden
recombinarse por medio de la enzima RecA de
la recombinación general, dando lugar a
inversiones del material intercalado.
b) Fusión de replicones. base de la producción
de cepas Hfr (mismo acontecimiento de
integración) a partir de las cepas F+:
(conjugación), tanto el plásmido F como el
cromosoma poseen copias de determinadas IS; lo
cual lleva a la fusión del plásmido F con el
cromosoma bacteriano.
5) Producción evolutiva de transposones
complejos a partir de IS o de transposones más
sencillos.
transposón (resitencia a ATB)
ELEMETOS TRANSPONIBLES EN
EUCARIOTAS
Elementos TY de levadura
Familia de secuencias dispersas de ADN repetidos (distintas
cepas de levaduras) 30 Copias
TY abreviatura “transposon y Yeast”. Longitud de 6,9 KB
Las últimas 303 pb son repetidas directas y se llaman delta
Cada suceso de transposición deja huella característica 5pb
a cada del elemento del elemento TY en ADN DIANA.
(frec. Trans 10-7 o -8)
Se los clasifica en dos clases TY1 y TY 917
Rasgos
Repeticiones delta, Región larga en el extremo
izquierdo, Región central, y región corta junto a la
delta derecha (los dos tipos de regiones no
homologas Tya como también Tyb)
Pueden contener 30 copias de ty tipo 1 y 6 copias
del tipo TY 917, además de unos 100 elementos
delta independientes (delta solistas)
El elemento Ty se transcribe a dos ARN poli A
constituye mas del 5% del ARN total de una célula
haploide de levadura.
La secuencias del Ty tiene dos pautas abiertas de
lecturas en la misma dirección TyA Ty B pero leídas
en diferentes fases y solapadas (13 aa)
TYA finaliza en codón de terminación
TYB forma parte de una proteína de fusión
Los elementos TY proporcionas regiones portátiles de
homología
La recombinación de elementos TY ocurre en
explosiones es decir cuando se detecta uno hay alta
probabilidad de encontrar otros (recombinación
homologa)
Elementos TY son retro-transposones clásicos,
transpones utilizando un ARN intermediario
(sigue los mismo pasos que los retrovirus)
Retrotamposones Ty de levaduras
Retrotransposones (6300) rep dir flanqueadas rep dir
(secuencias delta) de 334 pb
Con promotores para la transcripción de los genes
TyA codifica enzimas
TyB relacionados a genes gag (pro. De la capside viral) y
pol (prot. Integrasa y trans inversa) presente en retrovirus
ELEMETOS TRANSPONIBLES EN EL
MAIZ
ELEMENTOS Ac y Ds en Maíz
Los granos de maíz presentan pigmentación completa o
incolora
Otros pueden tener manchas
Digenesia del maíz
Causado por gen que puede trasladarse y producir la
“ruptura cromosomal” y se denomina Ds
(Disociación) pero solamente en presencia del Ac
(Activador)
Ac
4500 pb
Rep terminales invertidas de 11 pb
Rep terminales directas de 8 pb
C confiere el color
c no confiere el color
cc incoloro
CC o Cc da color
El elemento Ds recibe influencia de AC se produce la
transposición y se inserta en C (no produce color)
Drosophila
Alrededor del 10% del genoma de Drosophila podría
estar compuesto de secuencias de ADN repetitivas
que se mueven como elementos discretos.
Se han caracterizado tres tipos de transposones:
elementos P
copia-like
FB
Elementos P
En Drosophila, los transposones más intrigantes y
útiles para los genetistas son los elementos P,
2000 pb
Transposones de ADN
Descubiertos como resultado del estudio de la
DISGÉNESIS HÍBRIDA, cuando hembras de
laboratorio son cruzadas con machos de poblaciones
naturales. Las hembras tienen un citotipo M (sin
transposasa ni su receptor), y los machos un citotipo
P (con transposasa y su respectivo receptor).
Machos P+ (con elemento P) x Hembras P-=
progenie estériles
Machos P- (con elemento P) x Hembras P+ =
progenie normales
El elemento P es un represor citoplasmático que inhibe la
transposición
Retrotransposones no virales
Región terminal repetida larga (LTR) del genoma del
virus de la inmunodeficiencia humana funciona como
un sitio de control y regulación de la transcripción
viral.
LTR no codifica proteínas estructurales o accesorias
Función esta íntimamente relacionada a la replicación
viral en respuestas a
Mitogenos (factores que actúan en el ciclo celular
estimulando la división celular )
Citocinas (mecanismo de la inflamación )
O estímulos generados por agentes infecciosos
oportunistas
Los retro-transposones presentan largas repeticiones terminales
(LTRs: Long Terminal Repeats) de hasta 1000 pares de bases cada
una.
Suponen el 50% del genoma humano. Existen dos grandes grupos de
retrotransposones en humanos:
las secuencias LINE (Long Interpersed Nuclear Elements)
Elementos nucleares dispersos largos
SINE (Short Interpersed Nuclear Elements) Elementos nucleares
dispersos cortos .
Las secuencias SINE son otro tipo de retrotransposones de secuencia
más corta (de unas 200 a 400 pares de bases).
Los elementos SINE son transcriptos por la ARN polimerasa III y en
el genoma humano representan el 11% del genoma. Producen
mutaciones
Elementos de ADN largos dispersos (elementos LINE)
codifican proteínas activas en sus propios procesos de
transposición y que presentan actividad enzimática RNasa
H.
Puede aplicarse en cualquier técnica biotecnológica que
requiera una enzima con actividad RNasa (generación de
genotecas de cADN, ensayos de protección de ARN,
inhibición de la expresión de proteínas específicas, blanco
de acción de fármacos).
LINEs
Estos elementos se caracterizan por ser movilizados vía un
ARN intermediario, y agrupan a elementos tipo
retrotransposones.
Los elementos LINEs son considerados autónomos,
transposición.
Implicación en procesos biológicos relevantes, como
regulación génica, modelaje y plasticidad genómica, y
fenómenos de translocación de ADN.
Directa relación entre la retro-transposición de
elementos LINE y el origen de ciertas
enfermedades, especialmente con la generación y
progresión de ciertos tumores.
Los elementos móviles LINE carentes de secuencias
LTR, utilizan un mecanismo de retro-transposición
donde el inicio de la transcripción inversa tiene
lugar in situ en el cromosoma
Para la síntesis de la segunda hebra de ADN, el
ARN ha de ser eliminado del híbrido RNA/cDNA,
hidrólisis que requiere de una actividad enzimática
RNasa H la cual, (no ha sido identificada en los
elementos LINE)
Por lo tanto es aportada por la célula hospedadora.
ORF 1: codifica la proteína de unión
ORF 2: codifica enzima con actividad
retrotranscriptasa y endonucleasa
Estos elementos móviles están flanqueados por
2 regiones no codificantes, denominados como
5´UTR y 3´UTR
Frecuencias y tipos de
repeticiones dispersas
en el genoma de varios
organismos10
Tipo repetición
Homo
Drosophila Caenorhabditis Arabidopsis
sapiens melanogaster
elegans
thaliana
LINE,SINE
33,4%
0,7%
0,4%
0,5%
LTR/HERV
8,1%
1,5%
0%
4,8%
Transposones ADN 2,8%
0,7%
5,3%
5,1%
Total
3,1%
6,5%
10,4%
44,4%
MUCHAS
GRACIAS
Esquema simplificado del mecanismo de
retrotransposición de un elemento LINE y un SINE.
Un elemento LINE es transcrito produciendo un
ARNm que sale del núcleo celular. En el citoplasma se
traduce en sus dos marcos de lectura abiertos, que no se
superponen, generan ambas proteínas (véase el texto),
que para simplificar se han representado como ORF1p
y ORF2p. Ambas permiten retrotranscribir el ARNm
del LINE y de otros retrotransposones no autónomos,
como SINEs y pseudogenes procesados. Durante la
retrotranscripción la nueva secuencia de ADN se
integra en otro punto del genoma