TRANSPOSIÇÃO. Profa. Zulmira Lacava

Transcrição

1 TRANSPOSIÇÃO Profa. Zulmira Lacava

2 Elementos transponíveis de eucariotos : Barbara McClintock ( ) Cold Spring Harbor Laboratory, NY Nobel Prize in Physiology and Medicine 1983 por sua descoberta dos elementos genéticos móveis Estudou elementos transponíveis em milho (Zea mays) 1940s-1950s (antes identificados como genes mutatores por Marcus Rhoades 1930s)

3 Elementos transponíveis: Características gerais dos elementos transponíveis Elementos transponíveis de procariotos Elementos transponíveis de eucariotos

4 Elemento transponível : elementos genéticos de um cromossomo que têm a capacidade de se mobilizar e mover de um local para outro do genoma. Normais e ubíquitos componentes de genomas de procariotos e eucariotos. Procariotos transpõem de/para cromossoma da célula, plasmídeo ou cromossoma de fago. Eucariotos transpõem do mesmo ou de cromossomas diferentes. Recombinação não homóloga: elementos transponíveis inserem-se em DNA que não tem homologia de sequência com o transposon. Elementos transponíveis causam alterações genéticas e fazem contribuições importantes para evolução dos genomas: Inserção em genes. Inserção em sequências regulatórias; modificam expressão genética. Produzem mutações cromossômicas.

5 Elementos transponíveis: Duas classes de elementos transponíveis /mecanismos de movimento: 1. Codificam proteínas que (1) movem o DNA diretamente para uma nova posição ou (2) replicam o DNA e integram o DNA replicado em outro lugar (procariotos e eucariotos). 2. Retrotransposons codificam a transcriptase reversa and fazem cópias de DNA a partir dos RNA transcritos; cópias do DNA integram-se em novos sítios (apenas eucariotos).

6 Elementos transpoíveis em procariotos: Três exemplos: 1. Elementos de inserção de sequência (IS) 2. Transposons (Tn) 3. Bacteriófago Mu

7 Elementos de inserção de sequência (IS): 1. O elemento transponível mais simples cromossomos bacterianos e plasmídeos. 2. Codificam apenas genes para mobilização e inserção. 3. Tamanho de 768 bp a 5 kb. 4. IS1 identificados inicialmente no operon galactose de E. coli de 768 bp e presente com 4-19 cópias no cromossomo de E. coli. 5. Todos elementos IS terminam com sequencias terminais invertidas (ITRs).

8 Elementos de inserção de sequência (IS): Integração de IS pode: Interromper sequências codificantes ou regiões regulatórias. Alterar a expressão de genes próximos. Causar deleções e inversões em DNAar adjacentes. Resultar em crossing-over.

9 Transposição de elementos de sequência de inserção (IS): 1. Cópia original permanecce no lugar; nova cópia se insere randomicamente. 2. Elementos IS usa as enzimas de replicação do hospedeiro para a replicação. 3. Transposição requer transposase, codificada pelo elemto IS. 4. Transposiçãowhen trinicia quando a transposase reconhece os terminais ITRs. 5. Sítio de integração = sítio alvo. 6. Cortes específicos são feitos no DNA no sítio alvo, IS se insere, DNA polimerase e DNA ligase preenche as falhas. 7. Repetições pequenas diretas (~5 pb) flanqueando o sítio alvo são criadas.

10 Integration of IS element in chromosomal DNA.

11 Transposons (Tn): Similares aos elementos IS, mas mais complexos estruturalmente e carreando genes adicionais 2 tipos de transposons: 1. Transposons compostos 2. Transposons não compostos

12 Transposons composite (Tn): Carry genes (e.g., a gene for antibiotic resistance) flanked on both sides by IS elements. Tn10 is 9.3 kb and includes 6.5 kb of central DNA (includes a gene for tetracycline resistance) and 1.4 kb inverted IS elements. IS elements supply transposase and ITR recognition signals.

13 Noncomposite transposons (Tn): Carry genes (e.g., a gene for antibiotic resistance) but do not terminate with IS elements. Ends are non-is element repeated sequences. Tn3 is 5 kb with 38-bp ITRs and includes 3 genes; bla ( -lactamase), tnpa (transposase), and tnpb (resolvase, which functions in recombination).

14 Models of transposition: Similar to that of IS elements; duplication at target sites occurs. Cointegration = movement of a transposon from one genome (e.g., plasmid) to another (e.g., chromosome) integrates transposon to both genomes (duplication). May be replicative (duplication) or non-replicative (transposon lost from original site). Result in same types of mutations as IS elements: insertions, deletions, changes in gene expression, or duplication. Crossing-over occurs when donor DNA with transposable element fuses with recipient DNA.

15 Recombination, crossing-over, and duplication of a transposable element.

16 Temperate bacteriophage Mu (Mu = mutator): 37 kb linear DNA with central phage DNA and unequal lengths of host DNA at each end. On infection, Mu integrates by non-replicative transposition and replicates when E. coli replicates. During the lytic cycle, Mu remains integrated in E. coli chromosome, and shifts to replicative transposition.

17 General properties of plant transposons: Possess ITR sequences and generate short repeats at target sites. May activate or repress target genes, cause chromosome mutations, and disrupt genes. Two types: Autonomous elements transpose themselves; possess transposition gene. Nonautonomous elements do not transpose themselves; lack transposition gene and reply on presence of another Tn McClintock demonstrated purple spots in otherwise white corn (Zea mays) kernels are results of transposons.

18 A descoberta de McClintock dos transposons em milho: Pontos púrpura em grãos de milho brancos resultam de transposons. c/c = grãos brancos and C/- = grãos púrpura Alelostraços para cor dos grãos são instáveis. Se ocorre a reversão de c para C em uma célula, a célula produzirá pigmento púrpura e um ponto. Quanto mais precoce a reversão no desenvolvimento, maior é o ponto. McClintock concluiu que o alelo c resulta de um transpososn nãoautônomo chamado Ds inserido no gene C (Ds = desassociação). Transposon autônomo Ac controla o transposon Ds (Ac = ativador).

19 Transposon effects on corn kernel color.

20 McClintock s discovery of transposons in corn (cont.): Ac element is autonomous/ds element in nonautonomous. Ac is 4,563 bp with 11 bp ITRs and 1 transcription unit encoding an 807 amino acid transposase. Ac activates Ds; Ds varies in length and sequence, but possesses same ITRs as Ac. Many Ds elements are deleted or rearranged version of Ac; Ds element derived from Ac. Ac/Ds are developmentally regulated; Ac/Ds transpose only during chromosome replication and do not leave copies behind.

21 Structure of Ac autonomous and Ds non-autonomous transposable elements in corn.

22 Ac transposition mechanism during chromosome replication.

23 Ty elements in yeast: Similar to bacterial transposons; terminal repeated sequences, integrate at non-homologous sites, with target site duplication. Ty elements share properties with retroviruses, retrotransposons: Synthesize RNA copy and make DNA using reverse transcriptase. cdna integrates at a new chromosomal site. Fig

24 Drosophila transposons: ~15% of Drosophila genome thought to be mobile. 2 different classes: 1. Copia retrotransposons Conserved, scattered copies/genome. Structurally similar to yeast Ty elements. Use RNA intermediate and reverse transcriptase. 2. P elements Hybrid dysgenesis, defects arise from crossing of specific Drosophila strains. Occurs when haploid genome of male (P strain) possesses ~40 P elements/genome. P elements vary in length from 500-2,900 bp. P elements code a repressor, which makes them stable in the P strain (but unstable when crossed to the wild type female; female lacks repressor in cytoplasm). Also used experimentally as transformation vectors.

25 Female No P elements DNA + cytoplasm No repressor Male P elements DNA only Female P elements DNA + cytoplasm Repressor Stable Male No P elements DNA only Fig Offspring P elements No repressor Unstable germ line

26 Human retrotransposons: Alu1 SINEs (short-interspersed sequences) ~300 bp long, repeated 300, ,000X. Flanked by 7-20 bp direct repeats. Some are transcribed, thought to move by RNA intermediate. AluI SINEs detected in neurofibromatosis (OMIM ) intron; results in loss of an exon and non-functional protein. L-1 LINEs (long-interspersed sequences) 6.5 kb element, repeated 50, ,000X (~5% of genome). Contain ORFs with homology to reverse transcriptases; lacks LTRs. Some cases of hemophilia (OMIM ) known to result newly transposed L1 insertions.

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