Elemen transposable, atau "gen melompat", pertama kali diidentifikasi oleh Barbara McClintock lebih dari 50 tahun yang lalu. Mengapa transposon begitu umum dalam eukariota, dan tepatnya apa yang mereka lakukan?
Elemen transposisi (TEs), juga dikenal sebagai "gen melompat," adalah urutan DNA yang berpindah dari satu lokasi ke genom ke gen lainnya. Unsur-unsur ini pertama kali diidentifikasi lebih dari 50 tahun yang lalu oleh ahli genetika Barbara McClintock dari Cold Spring Harbor L aboratory di New York. Ahli biologi awalnya skeptis terhadap penemuan McC lintock. Selama beberapa dekade ber ikutnya, bagaimanapun, menjadi jelas bahwa TE tidak "melompat", tetapi juga ditemukan di hampir semua organisme (baik prokariota dan eukariota) dan biasanya dalam jumlah besar. Sebagai contoh, TE membentuk sekitar 5 0% genom manusia dan sampai 90% genom jagung (SanMiguel, 1996).
Jenis Transposon
Saat ini, para ilmuwan mengetahui bahwa ada banyak jenis TE yang berbeda, serta sejumlah cara untuk mengkategorikannya. Salah satu pembagian yang lebih umum adalah antara TE yang memerlukan transkripsi terbalik (yaitu, transkripsi RNA menjadi DNA) untuk mentranspos dan yang tidak. Elemen sebelumnya dikenal sebagai retrotransposon atau TE kelas 1, sedangkan yang kedua dikenal sebagai transposon DNA atau TE kelas 2. Sistem Ac / Ds yang ditemukan McClintock termasuk dalam kategori yang terakhir. Kelas-kelas yang berbeda dari unsur-unsur transposable ditemukan dalam genom organisme eukariotik yang berbeda (Gambar 1).
Gambar 1: Jumlah relatif retrotransposon dan transposon DNA dalam genom eukariotik yang beragam Grafik ini menunjukkan kontribusi transposon DNA dan retrotransposon dalam persentase yang relatif terhadap jumlah elemen transposabel pada masing-masing spesies. (Sc: Saccharomyces cerevisiae; Sp:
Schizosaccharomyces pombe; Hs: Homo sapiens; Mm: Mus musculus; Os: Oryza sativa; Ce: Caenorhabditis elegans; Dm: Drosophila melanogaster; Ag: Anopheles gambiae, nyamuk malaria; Aa: Aedes aegypti, kuning demam nyamuk; Eh: Entamoeba histolytica; Ei: Entamoeba invadens; Tv: Trichomonas vaginalis.) Perihal transosit DNA dan evolusi genom eukariotik. Tinjauan Tahunan Genetika 41, 331-348.
Semua TE 2 kelas lengkap atau "otonom" menyandikan protein transposase, yang mereka perlukan untuk penyisipan dan eksisi (Gambar 2). Beberapa TE ini juga mengkodekan protein lain. Perhatikan bahwa transposon DNA tidak pernah menggunakan perantara RNA-mereka selalu bergerak sendiri, memasukkan atau melepaskan diri dari genom melalui mekanisme "cut and paste".
Gambar 2: Kelas elemen ponsel. Transposon DNA (misalnya, Tc-1-mariner) telah membalikkan inverted inverted terminal (ITR) dan satu bingkai pembacaan terbuka (ORF) yang mengkodekan transposase. Mereka diapit oleh pengulangan langsung singkat (DRs). Retrotransposons dibagi menjadi kelas otonom dan non-otonom tergantung pada apakah mereka memiliki ORF yang menyandikan protein yang dibutuhkan untuk retrotransposisi. Retrotransposons otonom yang umum adalah (i) LTR atau (ii) non-LTR. Contoh retrotransposons LTR adalah retrovirus endogen manusia (HERV) (ditunjukkan) dan berbagai elemen Ty S. cerevisiae (tidak ditunjukkan). Unsur-unsur ini memiliki LTR terminal dan ORF sedikit tumpang tindih untuk gen antigen (gag), protease (prt), polimerase (pol), dan amplop (gen) spesifik kelompok mereka. Mereka
menghasilkan duplikasi situs target (TSDs) pada saat penyisipan. Yang juga ditunjukkan adalah domain reverse transcriptase (RT) dan endonuklease (EN). Retrotransposons LTR lainnya yang bertanggung jawab untuk sebagian besar sisipan elemen seluler pada tikus adalah partikel A-intrapisternal (IAPs), transposon awal (Etns), dan lTR-retrotr ansposon mamalia (MaLR). Unsur-unsur ini tidak ada pada manusia, dan pada dasarnya semuanya cacat, jadi sumber RT mereka di trans tetap tidak diketahui. L1 adalah contoh retrotransposon non-LTR. L1 terdiri dari daerah 5'yang tidak ditranslasi (5 'UTR) yang berisi promotor internal, dua ORF, 3' U TR, dan sinyal poli (A) diikuti oleh ekor poli (A) (An). L1 biasanya diapit duplikat situs target 7- sampai 20 bp target (TSDs). RT, EN, dan domain kaya sistein yang dilestarikan (C) diperlihatkan. Elemen Alu adalah contoh dari retrotransposon yang tidak otonom. Alus mengandung dua monomer serupa, kiri (L) dan kanan (R), dan diakhiri dengan e kor poli (A). Perkiraan ukuran elemen full-length diberikan dalam tanda kurung. © 2004 Asosiasi Amerika untuk Kemajuan Ilmu Pengetahuan Kazasian, H. H. Elemen mobile: pendorong evolusi genom. Ilmu 303, 1626-1632 (2004).
Kelas 2 TE ditandai dengan adanya pengulangan terbalik terminal, sekitar 9 sampai 40 pasang basa panjang, pada kedua ujungnya (Gambar 3). Seperti namanya dan seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3, pengulangan terbalik terminal saling melengkapi satu sama lain; Misalnya, pelengkap ACGCTA (pengulangan terbalik di sisi kanan TE pada gambar) adalah TGCGAT (yang merupakan urutan terbalik dari pengulangan terbalik terminal di sisi kiri TE pada gambar). Salah satu peran pengulangan terbalik terminal harus dikenali dengan transposase.
Gambar 3: Struktur transposon DNA. Transosit DNA, juga dikenal sebagai elemen transposable kelas 2, diapit kedua ujungnya dengan pengulangan terbalik terminal. Pengulangan terbalik saling m elengkapi satu sama lain (pengulangan di salah satu ujungnya adalah bayangan cermin, dan terdiri dari nukleotida komplementer, pengulangan pada akhir yang berlawanan). © 2013 Nature Education Diadaptasi dari Pierce, Be njamin. Genetika: Pendekatan Konseptual, ed. Seluruh hak cipta.
Selain itu, semua TE di kelas 1 dan kelas 2 berisi pengulangan langsung yang mengapit (Gambar 3). Pengulangan langsung yang mengapit sebenarnya bukanlah bagian dari elemen transposable; Sebaliknya, mereka berperan dalam penyisipan TE. Selain itu, setelah TE dieksisi, pengulangan ini tertinggal sebagai "jejak kaki". Terkadang, jej ak kaki ini mengubah ekspresi gen (yaitu ekspresi gen yang ditinggalkan) bahkan setelah TE mereka terkait telah pindah ke lokasi lain pada genom.
Kurang dari 2% genom manusia terdiri dari kelas 2 TE. Ini berarti bahwa sebagian besar bagian substansial genom manusia yang bergerak terdiri dari kelas utama TE lainnya - retrotransposon (Kazazian & Moran, 1998).
Retrotransposons Tidak seperti elemen kelas 2, elemen kelas 1-juga dikenal sebagai retrotransposon-bergerak melalui tindakan perantara RNA. Dengan kata lain, TE kelas 1 t idak mengkodekan transposase; Sebaliknya, mereka menghasilkan transkrip RNA dan kemudian mengandalkan enzim reverse transcriptase untuk membalikkan menuliskan urutan RNA kembali ke DNA, yang kemudian dimasukkan ke dalam situs target. Ada dua tipe utama TE kelas 1: re trotransposons LTR, yang ditandai dengan adanya pengulangan terminal panjang (LTRs) pada kedua ujungnya; dan TE non-LTR, yang tidak mengalami pengulangan. Gen LINE1, atau L1, dan Alu mewakili keluarga non-LTR TEs. Elemen L1 rata-rata panjangnya sekitar 6 kilobas. Sebaliknya, elemen Alu rata-rata hanya beberapa ratus nukleotida, sehingga membuat elemen transposable diselingi pendek, atau SINE. Alu sangat produktif, berasal dari primata dan berkembang dalam waktu yang relatif singkat hingga sekitar 1 j uta eksemplar per sel pada manusia. L1 juga umum pada manusia; Meskipun tidak hadir dalam banyak salinan sebagai Alu, ukurannya yang lebih besar berarti bahwa elemen ini menghasilkan sekitar 15% -17% genom manusia (Kazazian & Moran, 1998; Slotkin & Martienssen, 2007). Pada manusia, TE non-LTR ini adalah satu-satunya kelas aktif transposon; LTR retrotransposon dan transposon DNA hanya peninggalan genomik purba dan tidak mampu melompat.
Transposon otonom dan non-otonom Baik kelas 1 dan kelas 2 TE bisa otonom atau tidak otonom. TE otonom bisa bergerak sendiri, sedangkan unsur non otonom membutuhkan kehadiran TE lainnya agar bisa bergerak. Ini karena unsur non-otonom kekurangan gen untuk transposase atau reverse transcriptase yang diperlukan untuk transposisi mereka, jadi mereka harus "meminjam" protein ini dari unsur lain agar bisa bergerak. Elemen ac, misalnya, bersifat otonom karena bisa bergerak sendiri, sedangkan unsur Ds t idak otonom karena memerlukan kehadiran Ac untuk mentranspos. Apa yang Jumping Gen Lakukan (selain Jump)
Fakta bahwa sekitar setengah dari genom manusia terdiri dari TE, dengan porsi yang signifikan dari keduanya adalah retikulum L1 dan Alu, menimbulkan pertanyaan penting: Apa yang dilakukan oleh semua gen lompat ini, selain melompat? Banyak dari apa yang t ransposon itu bergantung pada di mana ia mendarat. Mendarat di dalam gen dapat menyebabkan mutasi, seperti yang ditemukan saat sisipan L1 ke gen faktor VIII menyebabkan hemofilia (Kazazian et al., 1988). Demikian pula, beberapa tahun kemudian, para peneliti menemukan L1 di gen APC di sel kanker usus besar namun tidak berada pada gen APC pada sel sehat pada individu yang sama. Ini menegaskan bahwa L1 mentranspos pada sel somatik pada mamalia, dan bahwa unsur ini mungkin memainkan peran kausal dalam pengembangan penyakit (Miki et al., 1992).
Diam dan Transposon Berbeda dengan L1, kebanyakan TE tampaknya diam - dengan kata lain, unsur-unsur ini tidak menghasilkan efek fenotipik, juga tidak secara aktif bergerak di sekitar genom. Setidaknya itu sudah menjadi konsensus ilmiah umum. Beberapa TE yang dibungkam tidak aktif karena mereka memiliki mutasi yang mempengaruhi kemampuan mereka untuk berpindah dari satu lokasi kromosom ke tempat lainnya; yang lain sangat utuh dan mampu bergerak namun tetap tidak aktif oleh mekanisme pertahanan epigenetik seperti DNA
