stringtranslate.com

Мобильные генетические элементы

ДНК-транспозоны, ретротранспозоны LTR, SINE и LINE составляют большую часть генома человека.

Мобильные генетические элементы ( МГЭ ), иногда называемые эгоистичными генетическими элементами , [1] представляют собой тип генетического материала , который может перемещаться внутри генома или передаваться от одного вида или репликона к другому. МГЭ обнаружены во всех организмах. Считается, что у человека примерно 50% генома составляют MGE. [2] МГЭ играют особую роль в эволюции. События дупликации генов также могут происходить посредством механизма MGE. MGE также могут вызывать мутации в кодирующих участках белка, что изменяет функции белка. Эти механизмы также могут перестраивать гены в геноме хозяина, создавая вариации. Эти механизмы могут повысить физическую форму за счет приобретения новых или дополнительных функций. Примером MGE в эволюционном контексте является то, что факторы вирулентности и гены устойчивости к антибиотикам MGE могут транспортироваться для совместного использования генетического кода с соседними бактериями. Однако MGE также могут снижать физическую форму, вводя аллели или мутации, вызывающие заболевания. [3] Набор МГЭ в организме называется мобиломом , который состоит из большого количества плазмид , транспозонов и вирусов . [4]

pBLU представляет собой векторную плазмиду длиной 5437 пар оснований. Этот вектор содержит точку начала репликации, сайт разрезания фермента рестрикции, ген lacZ и ген устойчивости к ампициллину.

Типы

Примеры мобильных генетических элементов в клетке (слева) и способы их приобретения (справа)
Транспозиция целевой последовательности в сайт рекомбинации ДНК с помощью транспозазы. Репликация мобильной последовательности начинается, когда транспозаза разрезает отдельные цепи на противоположных сторонах дцДНК. Репликация завершается в транспозонном комплексе и вырезается до целевой последовательности для рекомбинации.
Механизм ретротранспозона, который использует обратную транскриптазу для преобразования транспозона мРНК обратно в ДНК для интеграции.

Примеры исследований

Системы CRISPR-Cas у бактерий и архей представляют собой адаптивные иммунные системы для защиты от смертельных последствий MGE. Используя сравнительный геномный и филогенетический анализ, исследователи обнаружили, что варианты CRISPR-Cas связаны с разными типами MGE, такими как мобильные элементы. В транспозонах, связанных с CRISPR , CRISPR-Cas контролирует распространение мобильных элементов. [28]

МГЭ, такие как плазмиды, путем горизонтальной передачи обычно полезны для организма. Способность передавать плазмиды (совместное использование) важна с эволюционной точки зрения. Таззиман и Бонхеффер обнаружили, что фиксация (получение) перенесенных плазмид в новом организме так же важна, как и способность их переносить. [29] Полезные редкие и переносимые плазмиды имеют более высокую вероятность фиксации, тогда как вредные переносимые генетические элементы имеют более низкую вероятность фиксации, поскольку они смертельны для организмов-хозяев.

Один тип MGE, а именно интегративные конъюгативные элементы (ICE), играет центральную роль в горизонтальном переносе генов, формируя геномы прокариот, обеспечивая быстрое приобретение новых адаптивных признаков. [30] [31]

В качестве репрезентативного примера ICEs, ICE Bs1 хорошо охарактеризован своей ролью в SOS-ответе Bacillus subtilis на глобальное повреждение ДНК [32], а также его потенциальной связью с устойчивостью к радиации и высыханию спор Bacillus pumilus SAFR-032 . 33] изолированы от помещений чистых помещений космического корабля. [34] [35] [36]

Транспозиция мобильными элементами является мутагенной. Таким образом, организмы научились подавлять события транспозиции, а неспособность подавить эти события вызывает рак в соматических клетках. Чекко и др. обнаружили, что в раннем возрасте транскрипция ретротранспозируемых элементов у мышей минимальна, но в пожилом возрасте уровень транскрипции увеличивается. [37] Этот возрастной уровень экспрессии мобильных элементов снижается при диете с ограничением калорий. Репликация мобильных элементов часто приводит к добавлению в геном повторяющихся последовательностей. Эти последовательности часто некодируют, но могут мешать кодирующим последовательностям ДНК. Хотя транспозоны по своей природе мутагенетичны, они увеличивают геном организма, в который они переносятся. Необходимо провести дополнительные исследования того, как эти элементы могут служить инструментом быстрой адаптации, используемым организмами для создания изменчивости. Многие транспозиционные элементы находятся в состоянии покоя или требуют активации. Следует также отметить, что текущие значения для кодирующих последовательностей ДНК были бы выше, если бы в качестве кодирующих последовательностей рассматривались элементы транспозиции, которые кодируют свой собственный транспозиционный аппарат.

Некоторые другие исследованные примеры включают Mavericks, [38] [39] [40] Звездные корабли [41] [40] и Космические захватчики (или SPIN) [42] [43]

Болезни

Последствия мобильных генетических элементов могут изменить паттерны транскрипции, что часто приводит к генетическим нарушениям, таким как иммунные нарушения, рак молочной железы, рассеянный склероз и боковой амиотрофический склероз. У людей стресс может привести к транзакционной активации MGE, таких как эндогенные ретровирусы , и эта активация связана с нейродегенерацией . [44]

Другие примечания

Совокупность всех мобильных генетических элементов в геноме можно назвать мобиломом .

Барбара МакКлинток была удостоена Нобелевской премии по физиологии и медицине 1983 года «за открытие мобильных генетических элементов» ( transposable elements ). [45]

Мобильные генетические элементы играют решающую роль в распространении факторов вирулентности, таких как экзотоксины и экзоферменты , среди бактерий. Были предложены стратегии борьбы с некоторыми бактериальными инфекциями путем воздействия на эти специфические факторы вирулентности и мобильные генетические элементы. [46]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ аб Морейра Д., Лопес-Гарсия П. (апрель 2009 г.). «Десять причин исключить вирусы из древа жизни». Обзоры природы. Микробиология . 7 (4): 306–311. doi : 10.1038/nrmicro2108. PMID  19270719. S2CID  3907750.
  2. ^ Му X, Ахмад С, Хур С (2016). Эндогенные ретроэлементы и сенсоры врожденного иммунитета хозяина . Достижения иммунологии. Том. 132. стр. 47–69. дои : 10.1016/bs.ai.2016.07.001. ISBN 9780128047972. ПМК  5135014 . ПМИД  27769507.
  3. ^ Сингх П.К., Бурк Дж., Крейг Н.Л., Дубнау Дж.Т., Фешотт С., Флаш Д.А. и др. (18 ноября 2014 г.). «Мобильные генетические элементы и эволюция генома 2014». Мобильная ДНК . 5:26 . дои : 10.1186/1759-8753-5-26 . ПМЦ 4363357 . ПМИД  30117500. 
  4. ^ аб Кунин Е.В., Вольф Ю.И. (декабрь 2008 г.). «Геномика бактерий и архей: новый динамический взгляд на мир прокариот». Исследования нуклеиновых кислот . 36 (21): 6688–6719. дои : 10.1093/nar/gkn668. ПМЦ 2588523 . ПМИД  18948295. 
  5. ^ abc Smillie C, депутат Гарсильян-Барсиа, Франсия MV, Rocha EP, де ла Крус F (сентябрь 2010 г.). «Мобильность плазмид». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 74 (3): 434–452. дои : 10.1128/MMBR.00020-10. ПМЦ 2937521 . ПМИД  20805406. 
  6. ^ Саммерс Д. (1996). «Глава 1 – Функции и организация плазмид». Биология плазмид (Первое изд.). Уайли-Блэквелл. стр. 21–22. ISBN 978-0632034369.
  7. ^ Глик Б.Р., Пастернак Дж.Дж. (2005). Принципы молекулярной биотехнологии и применение рекомбинантной ДНК (3-е изд.). АСМ Пресс. ISBN 9781555816124.
  8. ^ Макаловский В., Готеа В., Панде А., Макаловска I (2019). «Мобильные элементы: классификация, идентификация и их использование как инструмент сравнительной геномики». В Анисимовой М (ред.). Эволюционная геномика . Методы молекулярной биологии. Том. 1910. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Humana. стр. 185–186. дои : 10.1007/978-1-4939-9074-0_6 . ISBN 978-1-4939-9074-0. PMID  31278665. S2CID  195814061.
  9. ^ Муньос-Лопес М., Гарсия-Перес Х.Л. (апрель 2010 г.). «ДНК-транспозоны: природа и применение в геномике». Современная геномика . 11 (2): 115–128. дои : 10.2174/138920210790886871. ПМЦ 2874221 . ПМИД  20885819. 
  10. ^ abc Шапиро Дж. А. (апрель 1979 г.). «Молекулярная модель транспозиции и репликации бактериофага Му и других мобильных элементов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 76 (4): 1933–1937. Бибкод : 1979PNAS...76.1933S. дои : 10.1073/pnas.76.4.1933 . ПМЦ 383507 . ПМИД  287033. 
  11. ^ Бушман Ф (2002). Латеральный перенос ДНК: механизмы и последствия. Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк: Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор. ISBN 0-87969-603-6. ОСЛК  47283049.
  12. ^ Ричардсон С.Р., Дусе А.Дж., Копера ХК, Молдаванин Дж.Б., Гарсиа-Перес Дж.Л., Моран Дж.В. (апрель 2015 г.). «Влияние ретротранспозонов LINE-1 и SINE на геномы млекопитающих». Микробиологический спектр . 3 (2): 1165–1208. doi : 10.1128/microbiolspec.mdna3-0061-2014. ISBN 9781555819200. ПМЦ  4498412 . ПМИД  26104698.
  13. ^ Макаловский В., Готеа В., Панде А., Макаловска I (2019). «Мобильные элементы: классификация, идентификация и их использование как инструмент сравнительной геномики». В Анисимовой М (ред.). Эволюционная геномика . Методы молекулярной биологии. Том. 1910. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Humana. стр. 177–207. дои : 10.1007/978-1-4939-9074-0_6. ISBN 978-1-4939-9074-0. PMID  31278665. S2CID  195814061.
  14. ^ аб Монга I, Банерджи I (ноябрь 2019 г.). «Вычислительная идентификация piRNA с использованием признаков, основанных на последовательности, структуре, термодинамических и физико-химических свойствах РНК». Современная геномика . 20 (7): 508–518. дои : 10.2174/1389202920666191129112705. ПМЦ 7327968 . ПМИД  32655289. 
  15. ^ Ковалевская Н.П. (2002). «Мобильные генные кассеты и интеграны». Молекулярная биология . 36 (2): 196–201. дои : 10.1023/А: 1015361704475. S2CID  2078235.
  16. ^ Хауснер Г., Хафез М., Эджелл Д.Р. (март 2014 г.). «Интроны бактериальной группы I: мобильные РНК-катализаторы». Мобильная ДНК . 5 (1): 8. дои : 10.1186/1759-8753-5-8 . ПМЦ 3984707 . ПМИД  24612670. 
  17. ^ Гозашти Л., Рой С.В., Торнлоу Б., Крамер А., Арес М., Корбетт-Детиг Р. (ноябрь 2022 г.). «Мобильные элементы способствуют увеличению количества интронов у различных эукариот». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 119 (48): e2209766119. Бибкод : 2022PNAS..11909766G. дои : 10.1073/pnas.2209766119 . ПМЦ 9860276 . ПМИД  36417430. 
  18. ^ Бюлер Дж. (30 марта 2023 г.). «Как ДНК-паразит мог фрагментировать наши гены». Журнал Кванта . Проверено 31 марта 2023 г.
  19. ^ Уорден А.З., Ли Дж.Х., Мок Т., Рузе П., Симмонс М.П., ​​Аэртс А.Л. и др. (апрель 2009 г.). «Зеленая эволюция и динамические адаптации, выявленные геномами морских пикоэукариот Micromonas». Наука . 324 (5924): 268–272. Бибкод : 2009Sci...324..268W. дои : 10.1126/science.1167222. PMID  19359590. S2CID  206516961.
  20. ^ abcd Кун Дж.Х., Доля В.В., Крупович М., Адриансенс Э.М., Ди Серио Ф., Дутиль Б.Е. и др. (2020). Расширять, дополнять и дополнять Международный кодекс классификации и номенклатуры вирусов (ICVCN; «Кодекс») и Устав, чтобы четко определить сферу компетенции ICTV (Отчет). дои : 10.13140/RG.2.2.26202.26565.
  21. ^ abcd Кунин Е.В., Доля В.В., Крупович М., Кун Дж.Х. (декабрь 2021 г.). «Вирусы, определяемые положением виросферы в пространстве репликатора». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 85 (4): e0019320. дои : 10.1128/MMBR.00193-20. ПМЦ 8483706 . ПМИД  34468181. 
  22. ^ Кунин Е.В., Доля В.В. (июнь 2014 г.). «Вирусный мир как эволюционная сеть вирусов и бескапсульных эгоистичных элементов». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 78 (2): 278–303. дои : 10.1128/MMBR.00049-13. ПМК 4054253 . ПМИД  24847023. 
  23. ^ Ранкин DJ, Rocha EP, Brown SP (январь 2011 г.). «Какие признаки передаются мобильным генетическим элементам и почему?». Наследственность . 106 (1): 1–10. дои : 10.1038/hdy.2010.24. ПМК 3183850 . ПМИД  20332804. 
  24. ^ Кроуфорд Д. (2011). Вирусы: очень краткое введение. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. п. 4. ISBN 978-0199574858.
  25. ^ Бриддон Р.В., Габриал С., Лин Н.С., Палукайтис П., Шольтхоф КБ, Веттен Х.Дж. «3 - Сателлиты и другие вирусозависимые нуклеиновые кислоты - Субвирусные агенты - Субвирусные агенты (2011)». Международный комитет по таксономии вирусов (ICTV) . Архивировано из оригинала 13 января 2019 года.
  26. ^ Ди Серио Ф., Оуэнс Р.А., Ли С.Ф., Матушек Дж., Паллас В., Рэндлс Дж.В. и др. (ноябрь 2020 г.). «Вироиды». Международный комитет по таксономии вирусов (ICTV). Архивировано из оригинала 2 декабря 2020 года.
  27. ^ Фешотт С, Гилберт С (март 2012 г.). «Эндогенные вирусы: понимание вирусной эволюции и влияние на биологию хозяина» (PDF) . Обзоры природы. Генетика . 13 (4): 283–296. дои : 10.1038/nrg3199. PMID  22421730. S2CID  205485232.
  28. ^ Петерс Дж. Э., Макарова К. С., Шмаков С., Кунин Е. В. (август 2017 г.). «Привлечение систем CRISPR-Cas с помощью Tn7-подобных транспозонов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (35): Е7358–Е7366. Бибкод : 2017PNAS..114E7358P. дои : 10.1073/pnas.1709035114 . ПМК 5584455 . ПМИД  28811374. 
  29. ^ Таззиман С.Дж., Бонхеффер С. (декабрь 2013 г.). «Вероятность фиксации мобильных генетических элементов, таких как плазмиды». Теоретическая популяционная биология . 90 : 49–55. дои : 10.1016/j.tpb.2013.09.012 . ПМИД  24080312.
  30. ^ Гульельмини Дж., Кинтайс Л., Гарсильян-Барсиа, член парламента, де ла Крус Ф., Роша Э.П. (август 2011 г.). «Репертуар ICE у прокариот подчеркивает единство, разнообразие и повсеместность конъюгации». ПЛОС Генетика . 7 (8): e1002222. дои : 10.1371/journal.pgen.1002222 . ПМК 3158045 . ПМИД  21876676. 
  31. ^ Возняк Р.А., Вальдор М.К. (август 2010 г.). «Интегративные и конъюгативные элементы: мозаичные мобильные генетические элементы, обеспечивающие динамический боковой поток генов». Обзоры природы. Микробиология . 8 (8): 552–563. doi : 10.1038/nrmicro2382. PMID  20601965. S2CID  21460836.
  32. ^ Auchtung JM, Lee CA, Garrison KL, Grossman AD (июнь 2007 г.). «Идентификация и характеристика репрессора иммунитета (ImmR), который контролирует мобильный генетический элемент ICEBs1 Bacillus subtilis». Молекулярная микробиология . 64 (6): 1515–1528. дои : 10.1111/j.1365-2958.2007.05748.x. ПМЦ 3320793 . ПМИД  17511812. 
  33. ^ Тирумалай М.Р., Fox GE (сентябрь 2013 г.). «Элемент, подобный ICEBs1, может быть связан с чрезвычайной устойчивостью спор Bacillus pumilus SAFR-032 к радиации и высыханию». Экстремофилы . 17 (5): 767–774. doi : 10.1007/s00792-013-0559-z. PMID  23812891. S2CID  8675124.
  34. ^ Линк Л., Сойер Дж., Венкатешваран К., Николсон В. (февраль 2004 г.). «Чрезвычайная устойчивость спор к УФ-излучению изолятов Bacillus pumilus, полученных на сверхчистом объекте сборки космических кораблей». Микробная экология . 47 (2): 159–163. Бибкод : 2004MicEc..47..159L. дои : 10.1007/s00248-003-1029-4. PMID  14502417. S2CID  13416635.
  35. ^ Ньюкомб Д.А., Шуергер AC, Бенардини Дж.Н., Дикинсон Д., Таннер Р., Венкатешваран К. (декабрь 2005 г.). «Выживание микроорганизмов, связанных с космическим кораблем, в условиях искусственного марсианского УФ-облучения». Прикладная и экологическая микробиология . 71 (12): 8147–8156. Бибкод : 2005ApEnM..71.8147N. doi :10.1128/AEM.71.12.8147-8156.2005. ПМЦ 1317311 . ПМИД  16332797. 
  36. ^ Кемпф М.Дж., Чен Ф., Керн Р., Венкатешваран К. (июнь 2005 г.). «Периодическое выделение устойчивых к перекиси водорода спор Bacillus pumilus на сборочном предприятии космического корабля». Астробиология . 5 (3): 391–405. Бибкод : 2005AsBio...5..391K. дои : 10.1089/ast.2005.5.391. ПМИД  15941382.
  37. ^ Де Чекко М., Крисчионе С.В., Петерсон А.Л., Неретти Н., Седиви Дж.М., Крейлинг Дж.А. (декабрь 2013 г.). «Мобильные элементы становятся активными и мобильными в геномах стареющих соматических тканей млекопитающих». Старение . 5 (12): 867–883. дои : 10.18632/aging.100621. ПМЦ 3883704 . ПМИД  24323947. 
  38. ^ Барреат Дж.Г., Кацуракис А. (май 2021 г.). Баттистуцци Ф.У. (ред.). «Филогеномика вирусоподобных мобильных генетических элементов позвоночных животных». Молекулярная биология и эволюция . 38 (5): 1731–1743. doi : 10.1093/molbev/msa291. ПМЦ 8097293 . ПМИД  33481003. 
  39. ^ Widen SA, Bes IC, Корешова А, Плиота П, Крогулл Д, Бурга А (июнь 2023 г.). «Вирусоподобные транспозоны преодолевают видовой барьер и способствуют развитию генетической несовместимости». Наука . 380 (6652): eade0705. doi : 10.1126/science.ade0705. PMID  37384706. S2CID  250645873.
  40. ^ аб Болахе С (3 августа 2023 г.). «Эгоистичная вирусоподобная ДНК может переносить гены между видами». Журнал Кванта . Проверено 6 августа 2023 г.
  41. ^ Глюк-Талер Э., Ралстон Т., Конкель З., Окампос К.Г., Ганешан В.Д., Дорранс А.Е. и др. (май 2022 г.). Ларракуэнте А. (ред.). «Гигантские элементы звездолета мобилизуют вспомогательные гены в геномах грибов». Молекулярная биология и эволюция . 39 (5). doi : 10.1093/molbev/msac109. ПМЦ 9156397 . ПМИД  35588244. 
  42. ^ Пейс Дж.К., Гилберт С., Кларк М.С., Фешотт С. (ноябрь 2008 г.). «Повторный горизонтальный перенос ДНК-транспозона у млекопитающих и других четвероногих». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (44): 17023–17028. дои : 10.1073/pnas.0806548105 . ПМЦ 2579371 . ПМИД  18936483. 
  43. ^ «ДНК космического захватчика перескочила через геномы млекопитающих» . Наука . 03.11.2008. Архивировано из оригинала 4 мая 2021 года . Проверено 6 августа 2023 г.
  44. ^ Энтони Дж.М., ван Марл Г., Опи В., Баттерфилд Д.А., Маллет Ф., Йонг В.В. и др. (октябрь 2004 г.). «Человеческий эндогенный ретровирусный гликопротеин, опосредованный индукцией окислительно-восстановительных реагентов, вызывает гибель олигодендроцитов и демиелинизацию». Природная неврология . 7 (10): 1088–1095. дои : 10.1038/nn1319. PMID  15452578. S2CID  9882712.
  45. ^ «Нобелевская премия по физиологии и медицине 1983 года». nobelprize.org . Проверено 14 июля 2010 г.
  46. ^ Keen EC (декабрь 2012 г.). «Парадигмы патогенеза: воздействие на мобильные генетические элементы болезней». Границы клеточной и инфекционной микробиологии . 2 : 161. дои : 10.3389/fcimb.2012.00161 . ПМК 3522046 . ПМИД  23248780. 

Библиография