Мобильные элементы в геномах эукариот


Презентация изнутри:

Слайд 0

Мобильные элементы в геномах эукариот Лекция 1


Слайд 1

Открытие мобильных элементов Барбара Мак-Клинток (1944-1951 гг., лаборатория Колд-Спринг Харбор) В линии кукурузы с бесцветным эндоспермом на хромосоме 9 был обнаружен участок, связанный с рецессивными мутациями соседних генов. Из него выделили два доминантных локуса: Активатор (Ac) и Диссоциатор (Ds). Изучала мозаичную окраску эндосперма у кукурузы.


Слайд 2

Открытие мобильных элементов Под действием активатора (Ac), ген диссоциатор (Ds) производит переключение. Ген диссоциатор (Ds) может встраиваться в ген окраски сDs+Ac+ CDs-Ac+


Слайд 3

Открытие мобильных элементов Выраженность мозаичной окраски зависит от дозы Активатора (Ac), чем больше активатора аллелей Ac+ присутствуют в эндосперме, тем чаще происходит переключение гена окраски. 3Ac+ 2Ac+ 0-1Ac+


Слайд 4

Повторяющиеся последовательности в геномах Простые повторы мононуклеотидные (AAAAA, GGGGGGGGG) динуклеотидные (ATATATATAT, GCGCGCGCG) тринуклеотидые (AGTAGTAGT, GACGACGAC) тетрануклеотидные (AGTGAGTG, TTAGTTAGTTAG) Тандемные повторы Сателлитная ДНК: микро- и макро- сателлиты (TAGGGTTAGGGTTAGGGT...) «Мобильные» элементы (Interspersed repeats): транспозоны и ретроэлементы.


Слайд 5

Прямые и инвертированные повторы Прямые повторы: 5’agtcctgattcg agtcctgattcg 3’ 3’tcaggactaagc tcaggactaagc 5’ Инвертированные повторы: 5’agtcctgattcg cgaatcaggact 3’ 3’tcaggactaagc gcttagtcctga 5’


Слайд 6

Повторяющиеся последовательности в геномах


Слайд 7

Мобильные элементы в геномах Геном человека: пример.


Слайд 8

Два типа «Мобильности» Вырезание - встраивание (Транспозоны) Копирование - встраивание (Ретроэлементы)


Слайд 9

Два варианта репликации мобильных элементов Консервативная транспозиция Репликативная транспозиция/ретропозиция


Слайд 10

Общие свойства мобильных элементов Копии мобильных элементов, как правило, расположены в геноме равномерно-случайно, а не в кластерах, как сателлитная ДНК. Копии одинаковых мобильных элементов не идентичны в своей нуклеотидной последовательности. Мобильные элементы, относящиеся к одному семейству обладают сходными нуклеотидными последовательностями. Размер ДНК полных копий мобильных элементов разных семейств может быть от ~70 до 30000 нуклеотидов.


Слайд 11

Общие свойства мобильных элементов Подавляющее большинство мобильных элементов в геноме не активно, т.е. не перемещаются и/или не генерируют новые копии. Большинство копий мобильных элементов являются не полными по длине и не имеют полноценных промоторов и ОРФ. Для копий мобильных элементов, проявляющих активность, принято название «мастер-копии».


Слайд 12

Накопление мобильных элементов в геномах. Большинство мобильных элементов не активны. Только некоторые из них увеличивают количество своих копий. Со временем копии накапливают мутации и становятся разными.


Слайд 13

Поиск мобильных элементов в геномах. «majority rule»


Слайд 14

Классификация мобильных элементов. Автономные мобильные элементы: мобильные элементы, нуклеотидная последовательность которых кодирует основные протеины, необходимые для процесса их репликации и встраивания. Не автономные мобильные элементы: мобильные элементы, нуклеотидная последовательность которых, не кодирует протеинов, связанных с жизненным циклом мобильных элементов.


Слайд 15

Классификация мобильных элементов. Транспозоны: мобильные элементы, репликация которых включает перемещение своей ДНК последовательности на новое место в геноме Ретроэлементы: мобильные элементы, синтезирующие новые копии, осуществляя реакцию обратной транскрипции, т.е. синтеза ДНК на матрице РНК.


Слайд 16

Общая классификация транспозонов. Автономные ДНК элементы. Не автономные ДНК элементы (дериваты автономных ДНК элементов). MITE Helitrone (Хелитроны). Polintons (Полинтоны)


Слайд 17

Общая классификация LTR элементов. Экзогенные ретровирусы. Эндогенные ретровирусы. Автономные LTR элементы. Не автономные LTR элементы. Одиночные LTR. «Псевдогены» LTR. .


Слайд 18

Общая классификация не LTR элементов. LINE (автономные). Не автономные дериваты LINE. SINE. Ретро-интроны. Псевдогены матричных РНК. Прочие, автономные и не автономные элементы.


Слайд 19

Доля мобильных элементов в геномах эукариот.


Слайд 20

Пропорция транспозонов и ретроэлементов в геномах эукариот.


Слайд 21

Пропорция автономных и не автономных мобильных элементов в геномах эукариот.


Слайд 22

Транспозоны: структура. Инвертированные фланговые повторы (12-76 нт). Дупликация сайта встраивания (2-4 нт). Автономные: pol II промотор, ORF транспозазы и интегразы (часто – один белок), длина: 0.5-3 тыс.нт., иногда есть интроны. Не автономные: нет промотора, и/или нет работающей рамки считывания, короткие: (100-500 нт). MITE: A/T обогащенные, нет следов ORF, независимое происхождение, длина: 150-200 нт. ДНК-транспозоны и MITE


Слайд 23

Транспозоны: структура. Нет фланговых повторов и дупликаций сайта встраивания. Встраиваются всегда между A и T, консенсус содержит характерные структуры. Автономные: pol II промотор, ORF хеликазы, ДНК связывающий белок, длина: 2-3 тыс.нт., интронов нет. Вероятно происхождение от бактериальной ретро-плазмиды. Хелитроны Полинтоны Фланговые инвертированные повторы 150-700 нт и дупликация сайта встраивания 5-6-нт. Очень большие, длина: от 11 до 25 тыс. нт, интронов в кодирующих последовательностях нет. Автономные: pol II промоторы, ORF специфической ДНК-ДНК полимеразы, ATP-азы, транспозазы и ещё до 5-и доплнительных ORF, интронов нет, разнонаправленные ORF. Происхождение от сложных ДНК-овых вирусов или фагов.


Слайд 24

LTR ретроэлементы: структура. Длинные фланговые повторы LTR: 200-1500 нт. Дупликация сайта встраивания: 2-6 нт. Автономные: вирусный pol II промотор в LTR, набор вирусных ORF, длина: 0.5-12 тыс.нт. Не автономные: вирусный pol II промотор в LTR, нет работающей рамки считывания для обратной транскриптазы, (200-2500 нт). Обратная транскрипция происходит в цитоплазме и осуществляется с помощью LTR. Одиночные LTR – результат гомологичной рекомбинации длинных фланговых повторов.


Слайд 25

Автономные не LTR ретроэлементы: структура. Дупликация сайта встраивания (0-120 нт.). Внутренний pol II промотор. 1-2 ORF (один из продуктов – обязательно обратная транскриптаза, как правило объединённая с рестриктазой-интегразой). Иногда есть интроны и инвертированные повторы на концах структуры. Для запуска обратной транскрипции необходимы последние 50-100 нт на 3’конце элемента. Длина: 0.8-8 тыс.нт. Большинство копий в геноме представляют собой 3’фрагменты целого элемента.


Слайд 26

Не автономные не LTR ретроэлементы: структура. Дупликация сайта встраивания (0-120 нт). Внутренний pol III (SINE) или заимствованный pol II (внешний) промотор. Не кодирующая последовательность, часто заимствованная у функциональной, некодирующей РНК. Длина: от 70 до 3000 нт.


Слайд 27

Элементы жизненного цикла мобильных элементов.


Слайд 28

Транскрипция - элементы


Слайд 29

Появление новых мобильных элементов. Автономные элементы: LTR элементы: Ретровирусы – Эндогенные ретровирусы (дефект оболочки) – LTR элементы. Транспозоны, LINE: подозрение на горизонтальный перенос (например, с ДНК-овыми вирусами). Рекомбинация последовательностей автономных мобильных элементов одного класса. Не автономные элементы: Дефектные автономные элементы (например, не автономные LTR элементы) Появление новых элементов в результате комбинации частей автономных элементов и клеточных РНК. Рекомбинация последовательностей неавтономных элементов между собой, димеризация (гомо- и гетеро- димеры). Рекомбинация последовательностей автономных и не автономных элементов между собой. Образование новых мобильных элементов из копий функциональных, не кодирующих клеточных РНК, имеющих внутренний (pol III) промотор. Образование новых мобильных элементов из мутировавших копий родственных элементов.


Слайд 30

Волны активности мобильных элементов Активность Alu повторов на разных этапах эволюции приматов


Слайд 31

Волны активности мобильных элементов Различие в активности Alu повторов у человекообразных обезьян и обезьян Нового света


Слайд 32

Заключение Мобильные элементы составляют существенную часть геномной ДНК у высших позвоночных и растений. Мобильные элементы сохраняют активность в ряду поколений, миллионы лет, и медленно накапливаются в геномах. Большинство копий мобильных элементов не активны, Активные копии называются мастер-элементы. В начальный момент времени все копии похожи на мастер-элементы, но со временем накапливают мутации и становятся разными. Мастер-элементы так же накапливают и распространяют мутации. По способности воспроизводить свои копии самостоятельно или при помощи ферментов, кодируемых другими мобильными элементами, выделяют автономные и не автономные мобильные элементы. По наличию в жизненном цикле мобильных элементов этапа обратной транскрипции их разделяют на транспозоны (ДНК элементы) и ретроэлементы. Мобильные элементы могут попадать в клетки разными путями (как правило вместе с вирусной ДНК или РНК) или появляться в геноме в результате рекомбинации существующих активных мобильных элементов. Со временем мастер-элементы инактивируются за счёт мутаций или иных механизмов и активность элемента прекращается.


×

HTML:





Ссылка: