transportable elementer
DESCRIPTION
Transportable elementer. PHD-indledning af Tobias Mourier. Revers transskription. Centralt dogme: DNA → RNA → Protein RNA kan fungere som et informations-oplagrende molekyle => Oprindelig RNA-verden Revers transskription har stået for transitionen til DNA: RNA → DNA. RT. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/1.jpg)
Transportable elementer
PHD-indledning af
Tobias Mourier
![Page 2: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/2.jpg)
Revers transskription
• Centralt dogme:
DNA → RNA → Protein
• RNA kan fungere som et informations-oplagrende molekyle
=> Oprindelig RNA-verden
• Revers transskription har stået for transitionen til DNA:
RNA → DNART
![Page 3: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/3.jpg)
Transportable elementer
Koder for RT:• Non-LTR’s• LTR’s• Retrovira• Hepadnavira• Caulimovira• Telomeraser• Gruppe II introns• Mauriceville mt-plasmider• Bakterielle retrons
Andre elementer:• SINEs• DNA transposoner
![Page 4: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/4.jpg)
RT-kodende 1
Non-LTRs:• 5-8 kb med 1-2 ORFs• ÷ extrakromosomalt
DNA• Findes i alle ældre
eukaryote slægter• LINEs er den humane
udgave = ~ 20% af genomet
LTRs:• 5-9 kb omgivet af
LTRs• I cytoplasmaet
dannes partikler, hvori revers transskription finder sted.
• Tilbage til kernen og indsættes
![Page 5: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/5.jpg)
RT-kodende 2
Retrovira• Overførsel mlm
værter pga env• Stor lighed med LTRs• HERVs (endogen
virus) udgør ~ 8 % af humant genom
Hepadnavira• ÷ integration i
værtens kromosomer• Revers transskription
er primet af et protein
Caulimovira• 8,2 kb transskribt
revers transskriberes via en tRNA primer
![Page 6: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/6.jpg)
RT-kodende 3Telomeraser• Syntetiserer
telomerisk DNA• Forlænger
kromosomarme => mister ikke længde
Gruppe II introns• Selv-splejsende i
RNA• Få er mobile =>
minder om retroelementer
Mauriceville mt-plasmid• Én ORF som koder
protein med RT-aktivitet• mRNA virker også som
tRNA (CCA-ende)Bakterielle retrons• Koder for RT =>
DNA/RNA struktur• RT menes oprindelig i
M. xanthus• Anderledes i E. coli =>
Opstået flere gange
![Page 7: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/7.jpg)
Andre elementer
SINEs• ~500 bp• ÷ ORFs• ÷ selvstyrende• Udbredelse: bruger
non-LTRs maskineri• Afledt af tRNA (oftest)
DNA transposoner• Koder transposase og
indeholder ITRs• Fjernet fra genome +
genindsat vha. transposase
• Sjældent replikativ transposition
• Ikke set aktivt i det humane genom
![Page 8: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/8.jpg)
Evolutionen af RTs- og deres elementer
• RRPs menes at være oprindelige pga. RNA-world (RNA → RNA)
• Sammenligning med RTs viser stor similaritet
• Telomerase dateres før non-LTRs
RRPs som udgruppe
![Page 9: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/9.jpg)
• Udgangspunkt: proka-ryoter er oprindeligt
• Foreslår telomerase udviklet fra non-LTRs
• Modsigelser i de to træer => udgruppen er altafgørende for udslaget
Prokaryotisk RT som udgruppe
![Page 10: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/10.jpg)
• 1998: Forsøg viser vertikal overførsel af retrotransportable elementer
• 1999: Non-LTRs viser lighed med ovenstående forsøg => kan udelukke horisontal overførsel af non-LTRs og fordelingen af dem kan dermed fortælle om alder
• 1999: Forsøg viser sekvens-specifitet som oprindeligt (REL-endo) hos non-LTRs
Forsøgsresultater
![Page 11: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/11.jpg)
LTR-elementers opståen
• En oprindelig DDE-sekvens udvikledes til class II (DNA) element og inkorporeredes senere i en oprindelig non-LTR
• Ovenstående + LTRs medførte LTR-elementer• Adskillelse af transskription og translation i eukaryoter
taler for selektion for selvudbredelse
Derfor er selektionen ikke sket i eubakterier
1997:
![Page 12: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/12.jpg)
Prokaryoter/Eukaryoter- hvad er oprindeligt?
• Mest udbredt at prokaryoter er det oprindelige
• 1974: Prokaryoter er den afledte, hvor stort set alle gentagende (overflødige) sekvenser er udryddet
• 1999: Proteiner overtager ribozymers funktion => organismer hvor lignende funktioner udføres af henholdsvis ribozymer og proteiner, er ribozymet den oprindelige (RNA-world)
![Page 13: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/13.jpg)
Usikkerheds-faktorer
• Forskel i substitutionsrate mellem retrotransposable elementer og telomeraser => ÷ direkte sammenligning
• Retrotransposable elementer menes at have kunne udveksle eller tilkomme domæner => måske overflytning af RT-domæner imellem elementer
• => træer skal læses med forsigtighed
![Page 14: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/14.jpg)
Priming (5 mekanismer)
• RRP oprindelig ifølge RNA-world => skal repræsentere den oprindelige replikation
• Self-priming – RRP’s + Mauriceville plasmider => oprindelig iblandt RT’s
• Foreslået udvikling (1999):
Self-priming → tRNA priming →
andre priming mekanismer
![Page 15: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/15.jpg)
Priming - fortsat
• Priming mekanismer samles i klynger
- men stemmer ikke overens med tidligere forsøgsresultater
• Foreslår at protein-priming og dermed Hepadnavira er direkte efter RRP’s
RRP som udgruppe
![Page 16: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/16.jpg)
Priming - fortsat
• Mauriceville primer på flere måder. Hvis en tidlig RT repræsenteres => let at tilegne sig bedre metoder
• 1999: Foreslår at retrotransportable elementer er levn fra oprindelige replikations mekanismer, da DNA-syntese i dag er påbegyndt med RNA-priming
ELLER… moderne duplex DNA genomer er retrovira i stort målestok
![Page 17: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/17.jpg)
Retrotransportable elementers effekt på genomet
A. Direkte effekt, som skyldes indsættelse af elementet
B. Tilstedeværelsen af flere homologe genome regioner (rekombination)
C. Indsættelse af heterologt revers transskribt (pseudogener)
D. Ikke-indsatte revers transkripter (bakterielle retrons)
E. Funktioner som er udviklet, som et forsvar mod transpositioner
![Page 18: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/18.jpg)
A. –direkte indsættelse
• Tilfælde inkluderer regulerende roller som f.eks.promotorer, eller transkribtionelle enhancers og silencers
• LINE’s er involveret i reparation af DSB’s, men ved ikke ved hvilken mekanisme => kan være selvisk
- Er ved forsøg set, at ved missense mutationer i EN domænet, sætter de sig stadig ind i genomet
![Page 19: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/19.jpg)
B. –flere homologe genome regioner
• Transposition vil føre til homologe sekvenser i non-homologe regioner => ved rekombination sker kromosomale rearrangementer
• Er blevet foreslået nødvendig for at undslippe stasis (1997)
• Er foreslået at inducere ændringer i morfologisk og antomisk konstante organismer => forklaring på relativ pludselig divergens af arter (2002)
![Page 20: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/20.jpg)
C. –heterologt revers transskribt
• Transkribt, som ikke stammer fra elementet som revers transkriberer, sættes sommetider ind i genomet => • ÷ introns
• tab af upstream reguleringssystem
• Alu-medieret tab af exon (SINE):
Alu
Pga. RT
Exon-tab
![Page 21: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/21.jpg)
C. –heterologt revers transskribt
• Søger links mellem neurale processer og retrotransposition- Størstedelen af G-protein-koblede receptorer er uden introns og sandsynligvis retrogener
• Numts (mtPseudogener):- RNA-baseret transfer ville kræve RT=> Revers transkribtion er måske involveret i styrkelsen af symbiosen mellem mitochondrie og vært
![Page 22: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/22.jpg)
D. – ikke-indsat revers transskribt
• Ser ingen skævhed i intronplacering i flercellede eukaryoter => processen spiller ingen stor rolle hos disse
• Intron-tab ved rekombination mellem revers transskriberet cDNA og det tilsvarende gen (gær)
- Evt. selektion for kort generationstid og dermed små genomer (pga. diverse habitater)
Intron-tab
![Page 23: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/23.jpg)
D. – ikke-indsat revers transskribt
• Prokaryotiske RT-gener er single-copy gener => taler for positiv selektion for en specifik funktion relateret til msDNA
• Bakterielle retrons mulige funktion: Mismatch repair proteiner binder det mutagene msDNA => fjernes fra andre mismatch (hjælper evolution ved stress)
• Inducible mutators
![Page 24: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/24.jpg)
E. –forsvar mod transpositioner
• Genomets forsvars hypotese:Der er en begrænsning på, hvor mange gener en organisme kan regulere uden der opstår forstyrrelser imellem forskellige transskribter = transcriptional noise1. Kromatin dannelse2. Genom methylering3. RNA silencing=> eventuel overgang fra prokaryot til eukaryot
![Page 25: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/25.jpg)
Debatten om ”selvisk DNA”
• 1980: Ikke-unik del af genomet, som ikke bidrager værten med noget
MEN.. – forsøg viser, at nogle retrotranspor-table elementer har cellulær funktion
Problemstilling: En del af genomet eller forstyrrende elementer?
MEN.. – mere end 40% af det humane genom er retrotransportable elementer…
![Page 26: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/26.jpg)
• Hvis man accepterer de arbejder sammen, kan man argumentere for, at ikke alle er under positiv selektion
• Må under hver runde af replikation tolereres, da evolution ikke er fremadsynet
![Page 27: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/27.jpg)
Forbehold
• Bevarede elementer er måske blot bevarede pga. deres egen udbredelse
• Evolutionshistorien for retrotransportable elementer behøver ikke at tilsvare resten af den genetiske evolutionshistorie
![Page 28: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/28.jpg)
Konklusion - 1• (Tidligere) retrotransportable elementer
udfører livsvigtige funktioner for værter og sørger for genom-variation
• De optager fysisk plads i kernen og forbruger energi => må have en funktion
• Hvorfor mere end 40% retrotransportable elementer i det humane genom, hvis det er parasitiske vira
• Ingen observationer omkring retrotrans-posable elementers evolution peger tydeligt på hverken prokaryot eller eukaryot som det oprindelige
![Page 29: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/29.jpg)
Revers transkriptase
![Page 30: Transportable elementer](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022031813/56814c57550346895db974da/html5/thumbnails/30.jpg)
Bakterielle retrons
1
2
Mismatch