Подавление транспозонов - Transposon silencing - Wikipedia

Подавление транспозонов является формой подавления транскрипционного гена, нацеленного на транспозоны. Молчание транскрипционных генов является продуктом модификации гистонов которые предотвращают транскрипцию определенной области ДНК. Подавление транскрипции транспозонов имеет решающее значение для поддержания генома. «Скачки» транспозонов порождают геномную нестабильность и могут вызывать чрезвычайно опасные мутации. Вставки сменных элементов связаны со многими заболеваниями, включая гемофилия, тяжелый комбинированный иммунодефицит, и предрасположенность к рак. Таким образом, подавление транспозонов чрезвычайно важно для зародышевой линии, чтобы не дать мутациям транспозонов развиваться и передаваться следующему поколению. Кроме того, эти эпигенетический защита от транспозонов может быть наследственной. Исследования в Дрозофила, Arabidopsis thaliana, и все мыши указывают, что малые интерферирующие РНК несут ответственность за подавление транспозонов. У животных эти сиРНАС и пиРНК наиболее активны в гонады.

Механизм

Piwi-взаимодействующие РНК (piRNA), самый большой класс малых РНК, имеют длину от 26 до 31 нуклеотида и функционируют за счет взаимодействия с piwi-белками из Семейство белков Argonaute (белки, подавляющие гены). Многие пиРНК происходят из транспозонов и других повторяющихся элементов и поэтому не имеют специфических локусов. Другие piRNAs, которые действительно отображаются в определенных местах, сгруппированы в областях около центромер или теломер хромосомы. Кластеры пиРНК составляют ~ 1% генома (Хурана, 4). Считается, что комплексы piRNA-PIWI напрямую контролируют активность транспозонов. piRNAs, связанные с белками PIWI, по-видимому, используют посттранскрипционное разрушение транскриптов, чтобы заглушить транспозоны (4). Вставки транспозонов в интроны может избежать молчания через путь piRNA, предполагая, что разрушение транскрипта piRNA происходит после ядерный экспорт. piRNAs могут, однако, действовать на нескольких уровнях, включая гетерохроматин сборка и, возможно, участие в переводе. Точный биогенез пиРНК до сих пор неизвестен. Большинство пиРНК являются антисмысловыми по отношению к мРНК транскрибируется с заглушенных транспозонов, обычно связываясь с белками Piwi и Aubergine (Aub), тогда как piRNA смысловой цепи имеют тенденцию ассоциироваться с Argonaute 3 (Ago3) вместо этого (4). Цикл, называемый амплификацией «пинг-понг», проходит между смысловыми и антисмысловыми пиРНК, включая обширную обрезку и процессинг для создания зрелых пиРНК. Этот процесс отвечает за производство большинства piRNA в зародышевой линии и может также объяснить происхождение piRNA в развитии зародышевой линии (3).

История

piRNAs были впервые обнаружены у Drosophila в 1990 г. (Johnson, 2). В 2003 году пиРНК, происходящие в основном из элементов повторяющихся последовательностей, включая транспозоны, были обнаружены в изобилии у мужчин и женщин. Дрозофила зародышевые линии (Theurkauf, 5). С тех пор в нескольких исследованиях были идентифицированы различные piRNA и piwi-пути, участвующие в замалчивании транспозонов у разных видов. Две такие системы защиты генома от транспозонов - это подавление транспозона MuDR в кукурузе и подавление P элементы в Дрозофила.

MuDR

В 2006 году исследование Маргарет Рот Вудхаус, Майкла Фрилинга и Дэймона Лиша выявило ген, который ингибирует транскрипцию как транспозонов, так и парамутированных генов окраски кукурузы (Woodhouse, 6). Ген, называемый Посредник парамутации1 (Mop1), кодирует фермент, обрабатывающий РНК, который необходим для создания малых РНК, ответственных за подавление транспозона MuDR. Второй ген, Mu killer (MuK), необходим для установления наследственного молчания (Gross, 1).

P элементы

Р-элементы представляют собой семейство транспозонов, которые недавно распространились в геноме Drosophila melanogaster. Элементы P имеют чрезвычайно высокую скорость транспозиции и вызывают бесплодие и аномальное развитие гонад у D. melanogaster (Джонсон, 2). Таким образом, мухи разработали унаследованный от матери метод борьбы с инвазивной ДНК и подавления транспозонов, теперь известный как цитотип P. Цитотип P обнаруживает последовательности ДНК в областях теломерного гетерохроматина и заглушает эти последовательности, когда они обнаруживаются в другом месте генома. Это называется эффектом теломерного сайленсинга (TSE) (2). Всего два элемента P в теломер достаточно, чтобы подавить более 80 других копий элемента P в геноме. Цитоплазматический фактор, используемый для TSE, накапливается в течение нескольких поколений, и подавление транспозонов не будет полностью эффективным, если у предков по женской линии мухи не был элемент P в течение шести поколений (2).

Рекомендации