טרנספוזון

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

טרנספוזונים (Transposon) הם רצפי דנ"א שיכולים לנוע מאתר לאתר בתוך הגנום של אותו תא, בתהליך שנקרא טרנספוזיציה. בתהליך הם עשויים לגרום למוטציה ולשנות את כמות הדנ"א בגנום. טרנספוזונים אף מכונים גנים קופצים.

טרנספוזונים יכולים להעתיק את מקומם בגנום באופן ישיר, בעוד שרטרוטרנספוזונים (נקראים גם רטרופוזונים) חייבים לעבור שעתוק לרנ"א ולאחר מכן חזרה לדנ"א על-ידי האנזים רוורס טרנסקריפטאז. טרנספוזונים יעילים מאוד לחוקרים ככלי לבחינת שינויים ביצורים חיים.

תוכן עניינים 1 מנגנון 2 דוגמאות 3 טרנספוזונים כגורמי מחלה 4 אבולוציה של טרנספוזונים 5 טרנספוזונים במחקר הגנטי 6 סוגי טרנספוזונים

[עריכה] מנגנון

טרנספוזון זקוק לאנזים טרנספוזאז, שבדרך-כלל מקוּדַד על ידי הטרנספוזון עצמו. הקצוות של הטרנספוזון מכילים חזרות מהופכות (רצף זהה שנקרא בכיוונים הפוכים); הטרנספוזאז נדבק לחזרות של הטרנספוזון ושל אתר המטרה בגנום שאליו הטרנספוזון עתיד לנוע. אתר מטרה זה נחתך ומותיר קצוות דביקים. הטרנספוזון עובר בשלב זה איחוי (ליגציה) לאתר המטרה, הפערים ממולאים, והתוצאה היא חזרות מכוונות.

[עריכה] דוגמאות

הטרנספוזונים הראשונים התגלו בתירס על-ידי ברברה מקלינטוק ב-1940. גילוי זה זיכה אותה בפרס נובל ב-1983. היא הבחינה בהחדרות, במחיקות ובטרנסלוקציות (קטע דנ"א המעתיק את מקומו), והסיקה מכך את קיום הטרנספוזונים. אלמנטים אלה גרמו לשינוי בצבע התירס (מסגול לצהוב והפוך). בערך 50% מהגנום של צמח זה מכיל טרנספוזונים, דבר המתבטא במגוון צבעי גרעיני התירס.

טרנספוזונים בדרוזופילה (זבוב הפירות, בעל החיים הנחקר ביותר בגנטיקה) מכונים אלמנטי P. נראה שהם הופיעו במין זה רק לפני 50 שנים, ומאז התפשטו בכל המין. אלמנטי P מלאכותיים משמשים להחדרת גנים לדרוזופילה על ידי הזרקה לעובר.

טרנספוזונים בחיידק נושאים בדרך-כלל גן אחר נוסף לטרנספוזאז. לעיתים מקודד הגן הנוסף עמידות לאנטיביוטיקה. בחיידקים, טרנספוזונים יכולים לקפוץ מהכרומוזום לפלסמיד ולהיפך, ובכך לאפשר הפיכה תמידית של זנים חדשים לעמידים לאנטיביוטיקה.

[עריכה] טרנספוזונים כגורמי מחלה

טרנספוזונים הם מוטגנים, כלומר, גורמי מוטציות. הם עשויים להזיק במספר אופנים:

• טרנספוזון/רטרופוזון הנכנס לתוך גן מתפקד גורם בדרך כלל לשיתוק הגן.
• אחרי שטרנספוזון יוצא מגן רוב הסיכויים הם שהחלל שהוא הותיר לא יתוקן כהלכה.
• עותקים רבים של אותו גן (דוגמת Alu) עלולים להפריע לזיווג כרומוזומים במהלך המיטוזה, שזהו אחד הגורמים להכפלת מספר הכרומוזומים (תסמונת דאון, לדוגמה, נגרמת מהכפלה של כרומוזום 21).

מחלות שמיוחסות לטרנספוזונים כוללות: המופיליה A ו-B, פורפיריה, נטייה מוקדמת לסרטן ול-מחלת ניוון שרירים מסוג דושן.

[עריכה] אבולוציה של טרנספוזונים

האבולוציה של הטרנספוזונים וההשפעה שלהם על האבולוציה של הגנום מהווים כיום תחום מחקר דינמי. מאחר וטרנספוזונים קיימים בכל ענפי החיים נראה שהתקיימו באב האוניברסלי המשותף האחרון של כל המינים או שהטרנספוזונים התפתחו בנפרד פעמים רבות. הטרנספוזונים בדרך כלל נחשבים לדנ"א אנוכי, טפיל החי בתוך הגנום של יצורים חיים. במובן זה הם דומים לנגיף. נגיפים וטרנספוזונים דומים גם מבחינת מבנה הגנום והיכולות הביוכימיות, מה שהוביל להשערה שיש להם מוצא משותף.

מאחר שפעילות הטרנספוזון עלולה להרוס גנום, נראה שיצורים רבים פיתחו מנגנונים להקטנת הטרנספוזיציה לרמות בהן ניתן לשלוט. חיידקים עשויות לעבור שיעור גבוה של מחיקות בכדי להפטר מטרנספוזונים ומנגיפים, בעוד שאיקריוטים פיתחו את המנגנון של iRNA בדיוק לאותה מטרה. בתולעת השטוחה Caenorhabditis elegans (גם היא נחקרת רבות בגנטיקה) משמשים כמה מהגנים שנדרשים ל-iRNA גם להקטנת פעילות הטרנספוזון.

נראה שמערכת החיסון של חולייתנים אימצה טרנספוזונים כאמצעי להגדלת מגוון הנוגדנים. מערכת הרקומבינציה V(D)J פועלת לפי מנגנון דומה לזה של טרנספוזונים.

[עריכה] טרנספוזונים במחקר הגנטי

הטרנספוזונים אותרו לראשונה בצמח התירס ובודדו לראשונה מהפרח לוע הארי. לפיכך, טרנספוזונים שימשו ככלים יעילים בביולוגיה המולקולרית של הצמח. חוקרים משתמשים בטרנספוזונים כדי לגרום למוּטגֵנֶזָה (ייצור מוטציות). ניתן להבחין באמצעים פשוטים היכן בגנום נגרמה מוטציה, בניגוד לשיטות כימיות שאינן מאפשרות זאת. לעיתים עלולה החדרת הטרנספוזון לגן להפריע לביטוי הגן באופן הפוך: מחיקה המתווכת על-ידי הטרנספוזאז של הטרנספוזון משיבה לגן את פעילותו. דבר זה יוצר צמחים שבהם לתאים סמוכים גנוטיפים שונים. כך ניתן להבחין בגנים חיוניים ובגנים שגורמים לפנוטיפ נראה כלשהו (לדוגמה, שינוי בצבע).

[עריכה] סוגי טרנספוזונים

יש שני סוגים של טרנספוזונים: רפליקטיבי וקונסרבטיבי. הטרנספוזון הקונסרבטיבי נחתך לחלוטין החוצה ממיקומו המקורי בדנ"א וקופץ למיקום חדש בעודו משאיר אחריו רק את הקצוות הדביקים שלו. לעומתו הטרנספוזון הרפליקטיבי יוצר עותק של עצמו ועותק זה קופץ הלאה לגנום, כך שבכל מחזור קפיצה הוא יותר עוד העתקים של עצמו.

במחקר משמשים טרנספוזונים לשתי צורות של מוטוגנזה: 1. מוטגנזה אקראית - בה הטרנספוזון יכול לקפוץ לתוך הגנום באקראי ולכן המוטציה שתיווצר אינה צפויה מראש. 2. מוטגנזה ספציפית - אשר בה הטרנספוזון חודר לאתר מסוים בגנום של המוטנט הודותץ לריקומבינציה לא הומולוגית.

אתר שמציג אנימציה על גילוי הטרנספוזונים על ידי ברברה מקלינטוק