gli elementi trasponibili

Il genoma
dinamico:
gli elementi
trasponibili
Anni trenta: studi sul mais ribaltano la visione classica
secondo cui i geni si trovano solo in loci fissi sul
cromosoma principale
„
„
Esistono elementi genetici mobili e
trasposoni cioè elementi trasponibili
che possono spostarsi in una nuova
posizione sullo stesso cromosoma o
possono passare a cromosomi diversi
Producono mutazioni inattivando i
geni in cui si inseriscono
Due classi di
elementi trasponibili
negli eucarioti:
Classe 1: non si
muovono più una
volta inseriti; sono
mobili perché le loro
copie di RNA vanno
incontro a
trascrizione inversa
formando un
elemento di DNA
che è inserito in un
nuovo punto del
genoma.
Classe 2: si
muovono per
escissione da una
certa posizione nel
DNA e inserzione in
una nuova posizione
Exp Barbara Mc Clintock
„
„
„
Il mais ha 10 cromosomi
Il cromoma 9 si rompeva spesso e
sempre nel sito Ds
La rottura era dovuta alla presenza
di due fattori genetici: uno Ds
(dissociation) e l’altro necessario per
attivare la rottura del cromosoma 9
al locus Ds, detto Ac (activator)
Il cromosoma 9 si rompe in corrispondenza del
locus Ds, dove l’elemento trasponibile Ds è
andato a inserirsi. Qual’è la relazione tra Ac e
Ds ?
Nuovi fenotipi del mais prodotti dallo spostamento dell’elemento Ds sul
cromosoma 9
a) Un frammento
cromosomico va
perduto per effetto della
rottura del locus Ds e si
esprimono gli alleli
recessivi sull’omologo
che causano la mancata
colorazione di settori
della cariosside
b) L’inserzione di Ds nel
gene C dà luogo a
cellule della cariosside
prive di colorazione.
L’escissione di Ds dal
gene C per azione di Ac
in alcune cellule e nei
loro prodotti mitotici fa
esprimere di nuovo il
colore, producendo le
macchie
Riassunto
Ac e Ds
agiscono sul
gene C che
controlla la
pigmentazione
delle cariossidi
Mosaicismo nel mais per effetto dell’attività di un elemento trasponibile
L’inserzione di un elemento trasponibile impedisce la produzione di pigmento,
dando luogo a cariossidi gialle. L’escissione dell’elemento trsponibile
ripristina la produzione di pigmento. L’escissione dell’elemento trasponibile
può avvenire in momenti diversi dello sviluppo della cariosside: più è grande
la macchia, prima è avvenuta l’escissione
Gli elementi trasponibili nel mais possono
disattivare il gene in cui risiedono, possono
far rompere il cromosoma e possono
muoversi in nuovi siti del genoma.
Gli elementi non autonomi
possono spostarsi solo con
l’aiuto di un elemento
autonomo che sia presente da
qualche parte del genoma
Gli elementi trasponibili esistono solo nel mais?
Bocca di leone: l’escissione dell’elemento trasponibile ripristina la
produzione di pigmento
Elementi trasponibili nei procarioti
dimostrazione fisica dell’inserzione del DNA
Exp di Cohen e Shapiro 1980
particelle fagiche λ con la mutazione gal hanno densità
maggiore.
Una inserzione inattiva il gene gal e dà luogo a una
molecola di DNA più lunga che viene impacchettata in una
particella fagica della stessa dimensione di quella selvatica
Il genoma
batterico
contiene
segmenti di
DNA detti
elementi IS,
capaci di
spostarsi da
una posizione
sul cromosoma
a un’altra sullo
stesso
cromosoma o
su un
cromosoma
diverso
A destra:
disribuzione
degli elementi
IS in un fattore
F
Caratteristiche strutturali dei trasposoni composti e dei
trasposoni semplici a) Tn10. gli elementi IS hanno orientamento
opposto e formano ripetizioni invertite (IR). La trasposasi è
codificata da uno degli elementi IS b) Tn3: le brevi ripetizioni non
codificano per la trasposasi ma è il trasposone stesso che svolge
tale funzione
I trasposoni procariotici furono
inizialmente scoperti come elementi
genetici mobili che conferiscono
resistenza ai farmaci.
Molti elementi mobili sono
formati da elementi IS
riconoscibili che affiancano un
gene che codifica per proteine
per la resistenza ai farmaci.
Mappa schematica di un plasmide che porta trasposoni semplici e
trasposoni composti contenenti geni per la resistenza a farmaci
Meccanismi della
trasposizione
Duplicazione di un breve sequenza di DNA al sito d’inserzione
Il DNA ricevente è tagliato in posizioni sfalsate (5 coppie di
basi), si producono 2 copie di sequenze di 5 coppie di basi che
affiancano l’elemento inserito
Meccanismo
trasposizione
replicativa
per il trasposone
Tn3 la trasposizione
replicativa avviene
attraverso un
cointegrato
intermedio
Elementi trasponibili negli eucarioti
Classe 1:
retrotrasposoni
„ Classe 2. trasposoni a
DNA (mais ma
caratterizzati a livello
molecolare in
Drosophila)
„
Ciclo biologico di un retrovirus
Confronto tra la struttura di un retrovirus e la struttura di
trasposoni presenti in genomi eucariotici
Trasposizione di un retrotrasposone
Un RNA trascritto a partire dal retrotrasposone va incontro a
trascrizione inversa in DNA, grazie all’intervento di una trascrittasi
inversa codificata dal retrotrasposone. La copia di DNA è inserita in una
nuova posizione del genoma
Dimostrazione della
trasposizione mediante
RNA intermedio (exp di
Fink 1985)
Un elemento Ty viene
modificato mediante
aggiunta di un introne e
di un promotore che si
attiva in presenza di
galattosio. Il DNA Ty
trasposto è stato copiato
da un RNA intermedio
trascritto dall’elemento
originario Ty e sottoposto
a splicing prima della
trascrizione inversa.
Gli elementi trasponibili
che usano la trascrittasi
inversa passando
attraverso un RNA
intermedio sono chiamati
retrotrasposoni
I trasposoni a DNA codificano per una trasposasi
che determina l’escissione del trasposone dal
cromosoma e ne catalizza l’inserzione in una
nuova posizione cromosomica
Azione
degli
elementi
Ac nel
mais. Ac
codifica
per una
trasposasi
UTILITA’
dei
trasposoni
a DNA per
trasferire
geni
Stop ai trasposoni
si proseguirà su elementi
trasponibili e genoma dinamico nel
corso di genomica