Mobiilsed geneetilised elemendid ehk transposoonid, mis ,,hüppavad" iseseisvalt genoomi ühest kohast teise (protsess, mida kutsutakse transpositsiooniks), koosnevad mittekodeeriva DNA kordusjärjestustest, mis moodustab inimese tuumagenoomist umbes 45%. * Konservatiivse kohaspetsiifilise rekombinatsiooni erinevus transposoonidest 1) Konservatiivse kohaspetsiifilise rekombinatsiooni puhul on vaja spetsiaalseid DNA järjestusi nii doonori kui ka retsipient DNA osas 2) Transposoonide puhul peab ainult nende endi järjestus olema spetsiifiline, mitte aga märklaud-DNA oma 3) Konservatiivse kohaspetsiifilise rekombinatsiooni puhul taastatakse kõik katkenud fosfaatsillad 4) Transposoonide puhul jäävad DNA ahelasse augud, mille parandab DNA polümeraas * Transposoonide põhiklassid, nende kirjeldus/erinevus (sh millised ensüümid vahendavad transposoonide transponeerimist)? Transposoonide tüübid:
teatud piirkonnad ja lülitavad uues asukohas geene sisse ja välja. Tol ajal ei olnud James Watson ja Francis Crick veel avastanud DNA kaksikheeliksstruktuuri ning inimesed alguses ei uskunud, läks neli aastakümmet, kuni 1983 aastal sai ta alles Nobeli preemia füsioloogia- või meditsiiniauhinna transponeeruvate elementide avastamise eest. Hiljem nähti, et geneetiline mosaiiksus esineb mitte ainult taimedel vaid ka taimedel ja inimestel. McClintock avastas transposoonide nime kandvad mobiilsed elemendid, mis kasutavad lõika-ja- kleebi-mehhanismi, et liigutada DNA tükikest mööda raku genoomi. Ajus on mobiilseteks elementideks nõndanimetatud retrotransposoonid, mis suudavad ennast kopeerida ja koopia uutesse genoomi piirkondadesse kleepida. Nad ei hüppa ümbritsevast DNA-st välja, vaid oskavad teha endast koopia, mis võtab uues paigas oma koha sisse. Neid mobiilseid elemente on geenidest võrratult rohkem kui inimese umbes 25 000 geeni võtavad
Kordamisküsimused geneetikas loeng 8 kohta: 1. Nimeta bakterites leiduvate transposoonide põhilised tüübid? Transposoonid ehk ,,hüppavad geenid" on transponeeruvad ehk mobiilsed geneetilised elemendid. Nii pro kui ka eukarüootides. Jaotatakse kolme põhitüüpi: IS elemendid, Tn elemendid ehk kompleksed transposoonid, Tn3 elemendid ehk replikatiivsed transposoonid. IS elemendid ehk insertion sequences (800 2000 np), suht identse ehitusega, võivad lülituda väga erinevatesse kohtadesse bakteri kromosoomis või plasmiidis, näit. IS50
Avastati maisis ( Barbara McClintok) kirju maisitõlvik. Transposoonid põhjustavad mitteaktiivseid või ebastabiilseid alleele. Naturaalselt esinevad transposoonid põhjustavad geneetilist variatsiooni. Transposooni vaigistamine: Maisis rohkelt aktiivseid transposoone. Kui luua mutandid, mis takistavad epigeneetilist protsessi, siis transposoonid ,,ärkavad". Epigeneetilised sildid tekkisid, et võõrast DNA-d (viirused) vaigistada. Transposoonide epigeneetiline vaigistamine on oluline et hoida genoomi terviklikkust! Transposoonide vaigistamise haldamine on aktiivne protsess, milleks on vaja siRNA tootmist ja epigeneetikat. Small interfering RNA-s e. Väikesed segavad RNA-d on pärit tsentromeeri ümbrusest. Kokkuvõte: transposoonide aktiivsus peab olema kindlalt kontrollitud, et vältida laialdast mutatsioonide levikut. Epigeneetilised kontroll-protsessid on DNA metüleerimine, histoonide modifitseerimine ja si RNA tootmine.
Ristsiirde puhul kaks DNAd vahetavad omavahel geneetilist infot 4. Mobiilsed geneetilised elemendid – transposoonid 31. Mis on transposooNid ja mida need teevad? TRANSPOSOON ehk mobiilne geneetiline element on kõigis rakkudes ja võivad transpositsiooni teel liikuda genoomi ühest piirkonnast teise ehk siseneda igasugusesse DNA järjestusse; kindlate DNA homoloogsete piirkondade olemasolu pole vajalik. 32. Transposoonide põhiklassid, nende kirjeldus/erinevus (sh millised ensüümid vahendavad transposoonide transponeerimist)? 1) Ainult DNA kujul esinevad transposoonid – toodavad ise endale ensüümi transposaas. Sisenevad retsipient-DNAsse lõika ja kleebi põhimõttel. (NT antobiootikumide resistentsus) 2) Retroviiruse sarnased retrotransporsoonid – ensüümideks on pöördtranskriptaas ja integraas. Levivad vahendaja RNA kaudu rakkude jagunemisel.
Geenivool (gene flow) Isendite migratsioon ühest populatsioonist teise toob sinna uusi isendeid. Paaritumisel toovad nad populatsiooni genofondi sisse uusi alleele- protsessi nimetataksegi geenivooluks ehk geenisiirdeks. Üksikute väga lähedaste liikide korral toimub ka liikidevaheline hübridisatsioon. Kui hübriidid on viljakad, töötabad nad nagu geenivektorid liigilt liigile. Geenivool kaugete liikide vahel on äärmiselt harv fenomen, kuid seda esineb. Sageli just transposoonide kaudu. Bioloogiline evolutsioon Koostaja: Ülar Sauna Rühm: 26 Tallinna Ehituskool
25-50% geenidest Nt: lüsosüümi geen, mis avaldub pisaranäärmes cc. Kordusjärjestused mingi nukleotiidne motiiv esineb genoomis kuni miljonite koopiatena > 105 (eukarüoodil 40% kogu geenivälisest DNAst). ccc. Lokalisatsiooni alusel klastrite- ja tandemitena või laiali üle genoomi cccc. Korduste arvu alusel- mõõdukalt ja kõrgelt korduvad 16. Transposooni mõiste? Transposoonide jaotus inimesel? Transposoon (mobiilne DNA element), mis kannab mingit geneetilist markerit, näiteks resistentsust antibiootikumile. DNA-transposoonid transponeeruvad uude kohta kohe DNA järjestustena. Enamasti prokarüootidel. Inimese DNAst ~3%. 17. Kirjelda SINE ehitust, paiknemist inimese genoomis ja olulisust? SINE (Short Interspersed Nuclear Element) · SINE pikkus 150-300 np · valku ei kodeeri
dubliniensis kliinilisi tüvesid ja leiti, et HGT võib olla toimunud ühe perekonna liikide vahel. Kahel C. albicans isolaadil 301 isolaadi seas tehti kindlaks genotüüp, millises 25S rRNA geeni I grupi intronisse oli transponeerunud C. dubliniensis introni sarnane insertsioon (Tamura et al., 2001). Transposoonid on geneetilised elemendid, mida on leitud nii pro- kui eukarüootides. Erinevalt teistest geenidest on nad võimelised liikuma peremeesgenoomi sees uude asupaika. Transposoonide transpositsioon kodeerivatesse DNA järjestustesse ja nende poolt algatatud kromosoomide ümberkorraldustel on suur mõju geeniekspressioonile ja genoomi evolutsioonile. Kuigi hüüfe moodustavatel seentel avastati transposoonid alles hiljuti, leitakse neid üha enam ja seostatakse HGT-ga (Kempken & Kuck, 1998) (joonis nr 2 tähistatud TY). Viimased uuringud on näidanud, et kuigi 20% kirjeldatud seentest on arvatud olevat mittesuguliselt ja
populatsioonis. 10.Kunstlik rakk ja kunstlik elu 11.Geno- ja klonoteegid genoteek (ingl. Gene library)- DNA-lõikude kogumik, mis on kloonitud vektoritesse. DNA-klonoteek (ingl. Clone banks)- Kloonide kogum organismi genoomiraamatukogus, mis katab kogu genoomse DNA. 12.Mitokondriaalsete haiguste kõrvaldamine 13.DNA ja valkude eraldamine, forees 14.DNA ja valkude hübridiseerimine, ülekanne 15.Transposoonide ehitus, koostis transposoon (ingl. Transposon)- DNA-element, mis võib liikuda (transponeeruda) DNA-molekuli ühest osast teise või eri DNA- molekulide vahel. Tn9 koosneb kahest samasuunalisest IS1-elemendist, mis ümbritsevad klooramfenikooli resistentsusgeeni (camr). Tn5 koosneb kahest erisuunalisest IS50-elemendist (L ja R), mis
miRNA – mikro RNAsid leidub eukarüootsetes rakkudes. miRNAd toimivad läbi RNA interferentsi, kus miRNA efektorkompleks ja ensüümid saavad seonduda komplementaarsele RNAle ja blokeerida mRNA transleerimist või kiirendada mRNA degradatsiooni 2. siRNA – väike interfereeriv RNA on lühike kaheahelaline RNA. Neid tekib nii viriaalsete RNAde lagundamisel kuid on ka endogeenseid siRNAde allikaid. 3. piRNA – osaleb transposoonide kaitsel 4. Antisenss-RNA – enamus surub maha geene, kuid mõned võivad olla transkriptsiooni aktivaatorid. Seondub mRNAle, moodustub dsRNA, mille lagundavad ensüümid. 5. CRISPR RNA – paljudel prokarüootidel, moodustavad RNA interferentsile sarnase süsteemi 6. lncRNA • • “Molekulaarbioloogia keskne dogma” • DNA ↔ RNA valk. Ehk DNAst transkribeeritakse RNA ja RNAst transleeritakse valku
Elektroporatsioon DNA viiakse rakku elektrisoki abil (1300 -2500 V), eri aparatuur, soolavabad (pestud) kompetentsed rakud (laiem spetsiifika Transduktsiooon- bakteri DNA kandub ühest rakust teise bakterifaagi abil Üldine transduktsioon- pakitud kaasa suvaline fragment genoomist Spetsiifiline transduktsioon- pakitakse kaasa faagiga külgnevaid alasi Suur osa bakteriaalseid virulentsus geene on kodeeritud mitte kromosoomis, vaid plasmiidide, transposoonide või bakteriofaagide poolt. Samas aga ei ole eelpool mainitud geneetilised elemendid üksi võimelised virulentsust põhjustama. Mõnede patogeensete bakterite toksiinide produktsioon on määratud mõõdukate faagide poolt. Konjugatsioon- bakteri DNA vahetu ülekanne doonorist retsipienti, mis eeldab rakkudevahelist kontakti. Kodeeritud tra geenide abil. F-plasmiidi kandev rakk (doonor) moodustab sex pilid retsipient rakuni. Üle kandub üheahelaline DNA
RecA taoline valik katalüüsib ahealte vahetuse. DNA ahelaosade vahetus ja nende ligeerimine, edasi toimub Holliday ühenduste liikumine ehk harude migreerumine. Geeni konversiooni ja ristsiirde erinevus- konversioonis toimub väikeste DNAosade vahetamine, ristsiirdes vahetatakse suuri DNA lõike Mutatsioonide teke nukleotiidide keemilise muutmise tagajärjel. Transpositsioon ja konservatiivne saitspetsiifiline rekombinatsioon . Transposoonide kolm põhiklassi : DNA-ainult transposoonid- esinevad ainult DNA kujul, liikumiseks on vajalik transposaas, sisenevad retsipenti lõika ja kleebi viisil. Transposoon võib olla korduv ümberpääratud DNA järjestus, transposaasid kinnituvad järjestusele ja moodustavad transposoomi, mis eemaldatakse ahelaase (doonor koromosoon parandatakse, kuid sinna võivad jääda augud. Retroviirusesarnased retrotransposoonid- kasutavad pöördtranskriptaasi ja integraasi (viiruste
SINE-d on lühikesed DNA järjestused (100-500bp) mis on pöördtranskribeeritud RNA polümeraas III vahendusel tekkinud tRNA, 5S rRNA-lt. Kõige levinumad SINE-d on nn Alu elemendid. Inimese genoomis on neid umbes miljon koopiat ja nad moodustavad 11% genoomist. Ei kodeeri funktsionaalseid molekule. On signaali äratundva partikli (SRP) koostisesse kuuluva RNA pöördtranskriptid. (SRP osaleb sekreteeritavate valkude sünteesil karedapinnalisel ER-il) Transposoonide tähtsus On mutageenid, st tekitavad mutatsioone, sest · sisenemine geeni võib selle muuta inaktiivseks/aktiivseks · transposooni eemaldumise piirkonda jäänud lõhe võib tekitada mutatsiooni ka selles geenis 4 LINE ja SINE tekkelised geneetilised haigused on teatud hemofiilia vormid, Duchenne lihasdüstroofia, porfüüria (heemi sünteesi defektid) jt. Kas transposoonid võivad olla kasulikud
§ Plasmiidiprofiili uurimine on vahend epidemioloogilistel uuringtel seose hindamisekssoleeritud tüvede vahel. Transposoonid § Transposoonid on DNA segmendid, mis on võimelised liikuma ühest kohast teise sama või erineva DNA molekuli piires - transpositsioon. § Transpositsioon on sõltumatu rekombinatsioonist. § Transposoonid põhjustavad mutatsioone, põhjustavad geneetilisi ümberkorraldusi, uute geenide viimist genoomi, tagavad geenide disseminatsiooni bakterite populatsioonis. § Transposoonide insertsioon (sisse viimine) põhjustab geeni lineaarse organisatsiooni muutuse läbi geeni inaktivatsiooni. § Trasposoonid on üheks olulisemaks ravimiresistentsuse levikufaktoriteks. Mikroorganismide muutlikus § Modifikatsiooniline muutlikus ainult fenotüübis, olemasoleva reaktsiooninormi piirides. § Mutatsiooniline muutlikus seotud DNA primaarstruktuuri muutustega, rakku ei tuua infot väljastpoolt. Enamus mutatsioone on kahjulikud, mõningad on neutraalsed ja väga väike osa
miRNA funktsioon, mille tagajärjeks on üksikuid mitte-paardunud nukleotiide sisaldavate märklaud mRNAde translatsiooniline repressioon. RNA interferents arvatakse olevat iidne raku mehanism taimedel ja loomadel, millega rakk kaitseb end teatud viiruste ja mobiilsete geneetiliste elementide vastu. Taimed, milledes on tuvastatud Diceri või RISC kompleksi valkude mutatsioonid, on oluliselt tundlikumad RNA viiruste infektsioonile ja transposoonide liikumisele nende genoomis. Taimede kaksikahelaline RNA indutseerib ka sama järjestust sisaldava genoomse DNA metüleerimist. Viimase mehanism ei ole teada. Selline RNAivahendatud geenimetüleerimise mehanism ei esine imetajatel. RNAi tsütoplasmas toimuv posttranskriptsioonilise geeniekspressiooni regulatsiooni mehhanism, mille käigus kaheahelaline RNA viib komplementaarse mRNA vaigistamiseni
Suppressorgeenid sageli kodeerivad tRNAd, mille antikoodon paardub stopkoodoniga ja paneb sinna aminohappe. Kolm tRNA nonsense supressorit; üks igale stop kodonile (UAG, UAA, UGA). tRNA suppressorgeeenid on koos metsiku tRNA-GA. tRNA suppressorid võistlevad vabanemis (release) faktoriga, mis on vajalik õigeks polüpeptiidahele terminatsiooniks. Spontantaansed ja indutseeritud mutatsioonid: Spontaansed mutatsioonid võivad toimuda igas rakutsükli faasis. Transposoonide liikumine põhjustab sp.mut. Mutatsioonide määr = ~10-4 - 10-6 mutatsiooni /geen/põlvkond. Määr on erinevates genoomi osades erinev, palju sp.mut.repareeritakse. Transponeerumine tekivas spontaansed mutatsioonid tänu sellele, et transposoon võib minna mõne geeni keskele. On erinevad, tingitud näiteks retroviirustest, esinevad nii pro- kui eukarüoodsetel organismidel. Spontaansed: Erinevad DNA replikatsiooni vead. Wobble paardumine: T-G, C-A, A-G, T-C
asja seedida. Aheldatuse tasakaalutus (esinevad mõlemad alleelid koos, mittejuhuslik). Multiplikatiivsed kohasused on teineteisest sõltumatud, üks mõjutab ellujäämist 1-6 elukuul, teine 6-12 elukuul. Aheldatuse tasakaal (juhuslikkus, kas üks või teine lookus). 1. Nimeta vähemalt neli genoomievolutsiooni põhimehhanismi. eksonite ümbersegamine, geeniduplikatsioon koos divergeerumisega, retropositsioon revertraasi abil, transpositsioon transposoonide abil, horisontaalne geeniülekanne (erinevate organismide (liikide) vahel, geeni liitumine/lagunemine, geeni uusteke eelnevast mittekodeerivast DNA-st 2. Mille poolest erinevad bakterite operonide ja loomade geeniklastrite nagu globiini geeniklaster teke. Bakteritel sama biokeemilise raja geenid tavaliselt koos operonides, reguleeritud samade regulaatorelementide poolt. Sarnase biokeemilise raja, funktsiooniga geenidel on kalduvus
- mRNA lagundatakse või muudetakse translatsioonikõlbmatuks miRNA – eriti olulised arenguliselt (microRNA) - genoomis kodeeritakse väikesed RNA-d - moodustavad „juuksenõela“ struktuure – 2-ahekalised osad lõigatakse välja - funktsioneerivad geenide vaigistamisel sarnaselt siRNA-le piRNA – nagu miRNA, aga päritolult teistsugused, 1-ahelalised RNA-d - genoomis kodeeritud väikesed RNA-d - ei moodusta juuksenõela struktuure - seonduvad PIWI valguga - funktsioneerivad transposoonide vaigistamisel Histoonide deatsetüleerimine vaigistab geenide telomeeri piirkonnas. Mõnes kohas ei avaldu geenid kunagi – heterokromatiin. Nt. kromosoomide otstes asuvad telomeeri piirkonnad. Valgud Sir 2, Sir 3 ja Sir 4 on seotud, suunavad deatsetüleerimist DNA metüleerimine ja histoonide deatsetüleerimine viib geenide vaigistamisele. Metüleeritud osad ei seostu transkriptsioonifaktoritega. DNA vermimine isa- ja emasliinis – geneetiline imprinting. Metüleeritakse geenide
toitaineteks. Teised bakterid saavad signaalidest aru, kuid ise ei kuluta energiat ekstratsellulaarsete ensüümid ekspressiooniks, vaid kasutavad ainult vabanenud toitaineid. Need bakterid on nn petjad. Bakterid, mis ekspresseerivad ekstratsellulaarseid ensüüme ekspresseerivad ka toksiine, mis tapavad petjaid. 5. DNA mutatsioonide ärahoidmine. Mutatsioonide kuhjumine võib viia kohasuse vähenemiseni, lisaks kaitseb bakter ennast faagide, transposoonide jms inserteerumise eest kromosoomi, mis võib populatsioonile pikas perspektiivis olla kahjulik. 11.1. Toksiin-antitoksiin süsteemid Termin toksiin-antitoksiin kirjeldab geenipaari, millest üks kodeerib stabiilset toksiini, teine ebastabiilset antitoksiini. Toksiin on bakterile letaalse toimega, samas kui antitoksiin inhibeerib toksiini toime. Algselt leiti neid süsteeme kromosoomivälistelt DNA-elementidelt, nagu madala koopiaarvuga
annaabi.ee 
