טרנספוזון – הבדלי גרסאות

תוכן שנמחק תוכן שנוסף

בשורה

גרסה מ־18:46, 30 במאי 2012

טרנספוזונים (Transposon) הם רצפי DNA שיכולים לנוע מאתר לאתר בתוך הגנום של אותו תא, בתהליך שנקרא טרנספוזיציה. בתהליך הם עשויים לגרום למוטציה ולשנות את כמות ה-DNA בגנום. טרנספוזונים אף מכונים גנים קופצים.

טרנספוזונים יכולים להעתיק את מקומם בגנום באופן ישיר, בעוד שרטרוטרנספוזונים (נקראים גם רטרופוזונים) חייבים לעבור שעתוק ל-RNA ולאחר מכן חזרה ל-DNA על ידי האנזים רוורס טרנסקריפטאז. טרנספוזונים יעילים מאוד לחוקרים ככלי לבחינת שינויים ביצורים חיים.

מנגנון

טרנספוזון זקוק לאנזים טרנספוזאז, שבדרך-כלל מקוּדַד על ידי הטרנספוזון עצמו. הקצוות של הטרנספוזון מכילים חזרות מהופכות (רצף זהה שנקרא בכיוונים הפוכים); הטרנספוזאז נדבק לחזרות של הטרנספוזון ושל אתר המטרה בגנום שאליו הטרנספוזון עתיד לנוע. אתר מטרה זה נחתך ומותיר "קצוות דביקים". הטרנספוזון עובר בשלב זה איחוי (ליגציה) לאתר המטרה, הפערים ממולאים, והתוצאה היא חזרות מכוונות.

דוגמאות

הטרנספוזונים הראשונים התגלו בתירס על ידי ברברה מקלינטוק ב-1940. גילוי זה זיכה אותה בפרס נובל ב-1983. היא הבחינה בהחדרות, במחיקות ובטרנסלוקציות (קטע DNA המעתיק את מקומו), והסיקה מכך את קיום הטרנספוזונים. אלמנטים אלה גרמו לשינוי בצבע התירס (מסגול לצהוב והפוך). בערך 50% מהגנום של צמח זה מכיל טרנספוזונים, דבר המתבטא במגוון צבעי גרעיני התירס.

טרנספוזונים בדרוזופילה (זבוב הפירות, בעל החיים הנחקר ביותר בגנטיקה) מכונים אלמנטי P. נראה שהם הופיעו במין זה רק לפני 50 שנים, ומאז התפשטו בכל המין. אלמנטי P מלאכותיים משמשים להחדרת גנים לדרוזופילה על ידי הזרקה לעובר.

טרנספוזונים בחיידק נושאים בדרך-כלל גן אחר נוסף לטרנספוזאז. לעתים מקודד הגן הנוסף עמידות לאנטיביוטיקה. בחיידקים, טרנספוזונים יכולים לקפוץ מהכרומוזום לפלסמיד ולהפך, ובכך לאפשר הפיכה תמידית של זנים חדשים לעמידים לאנטיביוטיקה.

טרנספוזונים כגורמי מחלה

טרנספוזונים הם מוטגנים, כלומר, גורמי מוטציות. הם עשויים להזיק במספר אופנים:

טרנספוזון/רטרופוזון הנכנס לתוך גן מתפקד גורם בדרך כלל לשיתוק הגן.
אחרי שטרנספוזון יוצא מגן רוב הסיכויים הם שהחלל שהוא הותיר לא יתוקן כהלכה.
עותקים רבים של אותו גן (דוגמת Alu) עלולים להפריע לזיווג כרומוזומים במהלך המיטוזה, שזהו אחד הגורמים להכפלת מספר הכרומוזומים (תסמונת דאון, לדוגמה, נגרמת מהכפלה של כרומוזום 21).

מחלות שמיוחסות לטרנספוזונים כוללות: המופיליה A ו-B, פורפיריה, נטייה מוקדמת לסרטן ולניוון שרירים על שם דושן.

אבולוציה של טרנספוזונים

האבולוציה של הטרנספוזונים וההשפעה שלהם על האבולוציה של הגנום מהווים כיום תחום מחקר דינמי. מאחר שטרנספוזונים קיימים בכל ענפי החיים נראה שהתקיימו באב האוניברסלי המשותף האחרון של כל המינים או שהטרנספוזונים התפתחו בנפרד פעמים רבות. הטרנספוזונים בדרך כלל נחשבים ל-DNA אנוכי, טפיל החי בתוך הגנום של יצורים חיים. במובן זה הם דומים לנגיף. נגיפים וטרנספוזונים דומים גם מבחינת מבנה הגנום והיכולות הביוכימיות, מה שהוביל להשערה שיש להם מוצא משותף.

מאחר שפעילות הטרנספוזון עלולה להרוס גנום, נראה שיצורים רבים פיתחו מנגנונים להקטנת הטרנספוזיציה לרמות בהן ניתן לשלוט. חיידקים עשויים לעבור שיעור גבוה של מחיקות כדי להפטר מטרנספוזונים ומנגיפים, בעוד שאיקריוטים פיתחו את המנגנון של iRNA בדיוק לאותה מטרה. בתולעת העגולה Caenorhabditis elegans (גם היא נחקרת רבות בגנטיקה) משמשים כמה מהגנים שנדרשים ל-iRNA גם להקטנת פעילות הטרנספוזון.

נראה שמערכת החיסון של חולייתנים אימצה טרנספוזונים כאמצעי להגדלת מגוון הנוגדנים. מערכת הרקומבינציה V(D)J פועלת לפי מנגנון דומה לזה של טרנספוזונים.

טרנספוזונים במחקר הגנטי

הטרנספוזונים אותרו לראשונה בצמח התירס ובודדו לראשונה מהפרח לוע הארי. לפיכך, טרנספוזונים שימשו ככלים יעילים בביולוגיה המולקולרית של הצמח. חוקרים משתמשים בטרנספוזונים כדי לגרום למוּטגֵנֶזָה (ייצור מוטציות). ניתן להבחין באמצעים פשוטים היכן בגנום נגרמה מוטציה, בניגוד לשיטות כימיות שאינן מאפשרות זאת. לעתים עלולה החדרת הטרנספוזון לגן להפריע לביטוי הגן באופן הפוך: מחיקה המתווכת על ידי הטרנספוזאז של הטרנספוזון משיבה לגן את פעילותו. דבר זה יוצר צמחים שבהם לתאים סמוכים גנוטיפים שונים. כך ניתן להבחין בגנים חיוניים ובגנים שגורמים לפנוטיפ נראה כלשהו (לדוגמה, שינוי בצבע).

סוגי טרנספוזונים

יש שני סוגים של טרנספוזונים: רפליקטיבי וקונסרבטיבי.

הטרנספוזון הקונסרבטיבי נחתך לחלוטין החוצה ממיקומו המקורי ב-DNA וקופץ למיקום חדש בעודו משאיר אחריו רק את הקצוות הדביקים שלו. לעומתו הטרנספוזון הרפליקטיבי יוצר עותק של עצמו ועותק זה קופץ הלאה לגנום, כך שבכל מחזור קפיצה הוא יוצר עוד העתקים של עצמו.

במחקר משמשים טרנספוזונים לשתי צורות של מוטוגנזה:

מוטגנזה אקראית - בה הטרנספוזון יכול לקפוץ לתוך הגנום באקראי ולכן המוטציה שתיווצר אינה צפויה מראש.
מוטגנזה ספציפית - אשר בה הטרנספוזון חודר לאתר מסוים בגנום של המוטנט הודות לריקומבינציה לא הומולוגית.

קישורים חיצוניים

אתר שמציג אנימציה על גילוי הטרנספוזונים על ידי ברברה מקלינטוק

@@ שורה 26: / שורה 26: @@
 ה[[אבולוציה]] של הטרנספוזונים וההשפעה שלהם על האבולוציה של הגנום מהווים כיום תחום מחקר דינמי. מאחר שטרנספוזונים קיימים בכל ענפי ה[[חיים]] נראה שהתקיימו ב[[האב הקדמון הכולל|אב האוניברסלי המשותף האחרון]] של כל המינים או שהטרנספוזונים התפתחו בנפרד פעמים רבות. הטרנספוזונים בדרך כלל נחשבים ל-[[DNA אנוכי]], [[טפיל]] החי בתוך הגנום של יצורים חיים. במובן זה הם דומים ל[[נגיף]]. נגיפים וטרנספוזונים דומים גם מבחינת מבנה הגנום והיכולות ה[[ביוכימיה|ביוכימיות]], מה שהוביל להשערה שיש להם מוצא משותף.
-מאחר שפעילות הטרנספוזון עלולה להרוס גנום, נראה שיצורים רבים פיתחו מנגנונים להקטנת הטרנספוזיציה לרמות בהן ניתן לשלוט. חיידקים עשויים לעבור שיעור גבוה של מחיקות כדי להפטר מטרנספוזונים ומנגיפים, בעוד ש[[איקריוטים]] פיתחו את המנגנון של [[iRNA]] בדיוק לאותה מטרה. ב[[תולעת שטוחה|תולעת השטוחה]] ''[[Caenorhabditis elegans]]''<!--בערך עליה כתוב שהיא מין של תולעת עגולה--> (גם היא נחקרת רבות בגנטיקה) משמשים כמה מהגנים שנדרשים ל-iRNA גם להקטנת פעילות הטרנספוזון.
+מאחר שפעילות הטרנספוזון עלולה להרוס גנום, נראה שיצורים רבים פיתחו מנגנונים להקטנת הטרנספוזיציה לרמות בהן ניתן לשלוט. חיידקים עשויים לעבור שיעור גבוה של מחיקות כדי להפטר מטרנספוזונים ומנגיפים, בעוד ש[[איקריוטים]] פיתחו את המנגנון של [[iRNA]] בדיוק לאותה מטרה. ב[[תולעת עגולה|תולעת העגולה]] ''[[Caenorhabditis elegans]]''<!--בערך עליה כתוב שהיא מין של תולעת עגולה--> (גם היא נחקרת רבות בגנטיקה) משמשים כמה מהגנים שנדרשים ל-iRNA גם להקטנת פעילות הטרנספוזון.
 נראה ש[[מערכת החיסון]] של [[חולייתנים]] אימצה טרנספוזונים כאמצעי להגדלת מגוון ה[[נוגדן|נוגדנים]]. מערכת ה[[שחלוף (ביולוגיה)|רקומבינציה]] V(D)J פועלת לפי מנגנון דומה לזה של טרנספוזונים.