Tema 3 - Non-coding DN (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Girona (UdG)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura Genómica
Año del apunte 2016
Páginas 9
Fecha de subida 19/03/2016
Descargas 66
Subido por

Descripción

Tema 3 - Non-coding DNA: concerved non-coding sequences (CNS), repeat elements (no CNSs), repeat sequences, transposons, DNA transposons, LTR-autonomous, LINEs, SINEs, primer mecanisme de transposició (LTR retrotransposons), segon mecanismede transposició (DNA transposons), functions of transposons.

Vista previa del texto

Genòmica – T3 - Sònia Vivo TEMA 3: NON-CODING DNA Aproximadament, el 98% del genoma és DNA no codificant de proteïnes. El percentatge de noncoding DNA és major en organismes més complexos. En humans per exemple, és un dels percentatges més elevats. Dins el 98%, el 53% són seqüències repetitives.
El DNA no codificant es pot classificar en dues classes: concerved non-coding sequence i repeat elements: - Concerved non-coding sequence (CNS): Aquestes seqüències tenen introns, promotors (elements reguladors en Cis i en Trans), regions 3’ i 5’ UTR, regions UCR (200bp), pseudogens i telòmers.
- Repeat elements (no CNSs): poden ser classificats en 2 tipus: - Tandem repeats elements → són elements situats un després de l’altre. Son els satellite DNA, Minisatellite i Microsatellite.
- Interspersed repeats → són seqüències repetitives localitzades al genoma però NO en tandem (No una darrere l’altre). Estan situats aleatoriament al genoma (randomly).
Hi han 4 tipus de interspersed repeats: els LINEs, SINEs, LTR i DNA transposons 1 Genòmica – T3 - Sònia Vivo (transposons de la classe II). Els LINE, SINE i LTR són RNA transposons (transposons de la classe I).
● Repeat sequences Aquestes seqüències repetitives s’anomenen SSR (Single sequences repeats) o VNTR (Variable Number of Tandem Repeats). Es formen a partir d’errors durant la replicació.
Per culpa de les seqüències repetitives, la DNA polimerasa pot fer errors: afegir un nucleòtid de més o treure’n un. Aquests errors sempre són en tàndem, és a dir, es produeixen a la zona adjacent de la seqüència repetitiva.
Comparant individus amb, en teoria, el mateix genoma (mateixa espècie), s’observaran diferències en aquestes seqüències repetitives (VNTR) pel que ja hem comentat.
Les seqüències repetitives es poden classificar en 3 tipus depenent de la mida i la funció: DNA centromere (o també anomenat Satellite DNA), Minisatellite i Microsatellite (tenen molt poques bases).
Com es pot veure a la taula anterior, encara no es coneix la funció dels microsatellites. El DNA centromere té les seqüències més grans i té una funció en la replicació mentre que els minisatellites tenen una funció als telòmers.
El polimorfisme és major en microsatellites ja que és més fàcil que la DNA polimerasa s’equivoqui en seqüències més curtes.
2 Genòmica – T3 - Sònia Vivo CODIS és el codi internacional pel qual els forenses poden identificar les persones mortes. És una combinació de 13-15 microsatellites presents en el genoma humà els quals permetes distingir els diferents individus. És utilitzat per identificar morts ja que, com que són seqüències curtes, són molt diferents entre individus (casi casi és com una empremta dactilar).
● Transposons: Hi han 4 tipus de transposons: LINE, SINE i LTR els quals són RNA transposons (classe I) i DNA transposons (classe II). Alguns llibres utilitzen LINE com un tipus de LTR però no és correcte.
Nosaltres estudiarem LINE i LTR com 2 transposons diferents.
Els transposons LINE-1 corresponen al 17’3% de tot el genoma humà (és molt abundant) i Alu (SINE) ocupa el 10’7%. Els DNA transposons són els menys freqüents: Els transposons RNA (LINE, SINE i LTR) formen, més o menys, el 45% del genoma humà mentre que els transposons de DNA ocupen el 3%.
Els DNA transposons tenen una transposició conservativa → fan servir un mecanisme de CUT and paste (Conservative transposition).
Els RNA transposons, en canvi, fan transposició replicativa → fan servir un mecanisme de COPY and paste (Repetitive transposition).
Quan hi ha una transposició de la classe I (RNA transposons o retotransposons), la copia ancestral és deixada al lloc original (allà on estava) i el nou transposó (la copia) s’incorpora a una nova zona del genoma. Així doncs, cada cop augmenta més la mida del genoma.
3 Genòmica – T3 - Sònia Vivo ↳ El DNA del genoma es copia a RNA. Aquesta copia d’RNA passa a cDNA i aquest es torna a inserir a una altra regió del DNA, una altra part del genoma. És el mecanisme de COPY and PASTE.
A la classe II el transposó s’extreu del lloc original i es transporta fins a una altra zona del genoma.
Utilitza el mecanisme CUT and PASTE fet que provoca que no augmenti la mida del genoma: Els transposons estan flanquejats per dues seqüències: una seqüència que es troba fora de l’element transposable (flanking direct repeats) i una altra que es troba dins del transposó en sí (terminal inverted repeat): Les flanking direct repeats es troben als llocs adjacents al DNA. No formen part del transposó (no sempre). És la seqüència que queda quan el transposó “marxa” o és el lloc on es col·locarà el nou transposó, el que “arriba”.
El terminal inverted repeat sí forma fart del transposó. És la mateixa seqüència de flanking direct repeati però invertida. És una repetició especular del flanking direct repeat (com la seqüencia del flanking mirada en un mirall).
Aquestes dues seqüències es troben tant els els transposons de la classe I com els de la classe II.
Durant el procès de transposició, les flanking direct repeats poden repetir-se molt cops (augmenta el nombre de copies). Així doncs, els transposons de classe II, els quals en principi no feien augmentar la mida del genoma, en realitat sí que ho fan gràcies o per culpa de les repeticions d’aquesta seqüència.
4 Genòmica – T3 - Sònia Vivo El 50% del genoma humà està constituït per trasposons.
La Classe I (RNA) i la Classe II (DNA)→ poden ser autònoms (tenen autonomous elements), és a dir, dins la seva seqüència tenen la seqüència codificant de l’enzim que els permetrà fer la transposició, és a dir canviar de lloc.
Tant a la Classe I com la II, però, també hi ha alguns transposons NO autònoms. Són transposons que han perdut la capacitat per codificar l’enzim. Així doncs, per poder fer la transposició han d’utilitzar l’enzim d’un altre transposó autònom.
- DNA transposons (Classe II, AUTÒNOMS): L’enzim que permet als transposons de DNA dur a terme la transposició és la transposasa.
Necessita poder codificar per aquest enzim per ser un transposó autònom.
Els transposons de DNA necessiten, per ser actius, seqüències de repetició directe (direct repeats (DR)) fora de l’element de transposició, seqüències ITR i la seqüència codificant per la transposasa.
Dins el trasposó hi han, a més, seqüències gèniques.
ITKs → inverted repeats.
DRs → direct repeats.
- LTR-autonomous (Classe I → retrotransposons, AUTÒNOMS): Els transposons LTR (100bp) necessiten diverses proteïnes (o gens) per ser autònoms i actius: Gag (maduració del genoma), Prt, Pol (En o Rt → polimerasa endonucleasa o reverse transcription) i Env (proteïna estructural que envolta els virions). Gag, Prt i Pol poden tenir overlapping reading frame, és a dir, pot haver-hi un solapament en el marc de lectura.
TSD → target site duplications.
5 Genòmica – T3 - Sònia Vivo - LINEs (Classe I → non-LTR retrotransposons, AUTÒNOMS): Té 2 open reading frames (ORF1 i ORF2). Al segon s’hi troba EN i RT. Necessita aquests dos elements per poder transposar-se (ser autònom).
- SINEs (Classe I → non-LTR retrotransposons, NO AUTÒNOMS): NO són autònoms. Per poder transposar-se necessiten utilitzar les proteïnes de LINE. Els més abundants són els ALU.
● Primer mecanisme de transposició (LTR retrotransposons, classe I, copy-paste): La transposició dels LTR segueix el mateix mecanisme que la integració de genoma víric al genoma humà. Les seqüències LTR són repeticions de 100pb (podrien arribar, però, a ser de 5kb).
El gen Gag forma una càpsida com una proteïna. Els elements del gen de la polimerasa (PR, INT, RT i EN) són necessaris perquè es doni la transposició (PR → proteasa; INT → integrasa) El transposó es transcriu (la polimerasa de la cèl·lula ho fa). Del DNA, doncs, es passa a una copia en RNA → la seqüència inicial de 6 Genòmica – T3 - Sònia Vivo DNA es manté en el lloc original. El mRNA es tradueix a totes les proteïnes que hem anomenat anteriorment (PR, INT, RT, EN…). Aquestes proteïnes s’organitzen en VLP (Virus Like Particle) amb la capacitat de transcripció inversa (reverse transcription). La transcripció inversa fa tornar l’RNA a cDNA. Aquest cDNA queda protegit per la transcriptasa. Al final, aquest cDNA torna a integrar-se a una altra part del genoma.
● Segon mecanisme de transposició (DNA transposons): Com ja hem comentat, utilitzen el mecanisme de cut and paste.
Necessiten una transposasa funcional dins el transposó. Quan el DNA del transposó és transcrit i traduït es forma la transposa. La transposasa reconeix les seqüències TIR i s’hi uneix. Quan s’ha format aquesta unió, les 2 transposases Synaptic formen complex un formation.
dímer anomenat Mitjançant la recombinació, s’aconsegueix extreure el transposó de la posició original. El transposó migra a una altra posició del DNA on el col·locarà.
En aquest segon mecanisme, no hi ha un mRNA intermediari.
A diferència amb el primer mecanisme (LTR retroransposons) els DNA transposons no fan augmentar la mida del genoma a no ser que es formin les repeticions dels flanking direct repeats.
Els DNA transposons van ser els primers transposons a descobrir-se. Els va descobrir Barbara McClintock fet que li va permetre guanyar el premi Nobel (el primer que va guanyar una dona). Va descobrir els mecanisme de transposició de les plantes.
EXPLICACIÓ DE LA TRANSPOSICIÓ PER BARBARA McCLINTOCK: El mecanisme de transposició, en plantes, es basa en dos elements: AC (activador) i DS (dissociador (DNA transposon)).
A continuació es mostra un exemple de què passa amb un gen (W) quan està en estat salvatge o mutat per culpa de la presència de transposons: A l’exemple “a” no hi ha cap activador al genoma però sí hi ha al dissociator element. Sense AC no passa res, és a dir, el gen W no es veu alterat i el fenotip de les cèl·lules de a planta es manté blanc.
7 Genòmica – T3 - Sònia Vivo A l’exemple “b” sí hi ha l’activador (AC). Quan aquest s’expressa al genoma activa la transposició de DS i aquest dissociator element s’insereix just abans del gen W. Quan això passa, es produeix un tall al cromosoma que provoca la pèrdua del gen W i les cèl·lules adopten un fenotip negre.
A l’exemple “c” torna ha haver-hi l’element AC. Ds, en aquest cas, pot moure’s però s’inserirà dins el gen W. Aquest fet provoca que el gen W pedi la funció i, per tant, el fenotip sigui negre. Si DS surt del gen, el fenotip tornarà a ser blanc.
La diana (target site) del DS, doncs, pot ser o abans del gen o dins d’aquests. Per aquesta raó, a vegades el DS va a un lloc a vegades va a l’altre.
En aquest exemple, com heu vist, no es parla de fenotip a nivell planta, sinó a nivell de línies cel·lulars. Per aquest motiu parts de la planta són negres i altres parts són blanques.
● Functions of transposons: A. Retrotransposition: Una seqüència es mou d’un lloc a un altre.
• Cis: Trasposo autònom, afecta al gen en concret • Trans: Trasposos no autònom, afecta els gens que estan adjacents.
B. L1 can retrotranspose SINE elements (like Alu) or other cellular mRNA C. Retrotransposon can be inserted into a gene: pot inserir-se a un exó fet que provocaria la formació d’un pseudogen i la pèrdua de la funció; o a un intró fet que provocaria un canvi en el patró d’splicing (es saltaria l’exó).
8 Genòmica – T3 - Sònia Vivo D. 3’ transduction; alguns transposons tenen una cua poly A curta (a weak poly A signal). Això fa que la transcripció no pari allà on ho ha de fer i, per tant, s’agafin fragments de gens posteriors. El LINE + la seqüència de més a més (el fragment que s’ha agafat per error → perquè hi havia a weak poly A signal) formarà el transposó i s’incorporarà a una altra part del genoma. Si aquesta seqüència de més a més és un exó, a la nova posició del genoma podrà tenir alguna funció → es permet l’intercanvi d’exons entre gens.
E. Rearrangement and inversion: F. Promote transcription of the neighboring genes: LINE elements [...] Els transposon poden produir errors en la recombinació durant la meiosi (ex: recombinació no homòloga).
Els elements Alu tenen una seqüència molt similar a alguns tipus de splicing alternative sites. Amb algunes mutacions a les seqüències Alu, el mecanisme d’splicing pot reconeixer aquestes dianes i crear un nou exó → en humans, el 62% de tots els nous exons es formen així.
9 ...