Springend gen
Een springend gen (jumping gene) of transposon is een stukje DNA op een chromosoom, dat in het genoom van plaats kan verwisselen en is voor het eerst in 1951 ontdekt in het maïsgenoom en later ook in andere organismen, zoals het fruitvliegje. Het eerste geïsoleerde springende gen is afkomstig van de Leeuwenbek.
In het stukje DNA kunnen één of meer genen zitten, dat aan beide kanten begrensd wordt door kleine, tegengestelde stukjes van nucleotiden. Deze stukjes nucleotiden bevatten verder geen genetische informatie en worden ook wel insertie-sequentie, insertie-element, insertosoom of insertie-segment (IS) genoemd.
Door het verspringen kunnen er mutaties ontstaan en kan de hoeveelheid DNA toe of afnemen.
Er zijn twee soorten springende genen:
- DNA-transposons kunnen in het genoom direct van plaats veranderen, terwijl van
- retrotransposons, waarbij eerst een RNA gemaakt moet worden en van dit RNA vervolgens met omgekeerde transcriptase (het enzym reverse transcriptase) weer DNA gemaakt moet worden.
Springende genen zijn zeer bruikbaar bij genetische manipulatie voor het veranderen van het DNA in een organisme. Springende genen worden veel gebruikt als een mutagens bij planten, de fruitvlieg en bij bacteriën voor het bestuderen van genenfuncties.
Inhoud |
[bewerk] Werking
Een springend gen heeft het enzym transposase nodig, dat vaak door het springende gen zelf gemaakt wordt. De einden van het springend gen bevatten dezelfde nucleotiden, maar in tegengestelde volgorde. Het enzym transposase bindt zich aan beide einden van het springende gen en aan de plaats waar het gen naar toe moet gaan. Op deze plaats wordt het chromosoom stukgeknipt. Op de knipplaats is het chromosoom kleverig geworden en hiertussen wordt het springende gen geplakt.
Een volledig autonoom transposon-gen ziet er dus zo uit: 5'-TIR-transposase-TIR-3'. Er bestaan ook niet-autonome elementen met slechts een gedeelte van het transposase (5'-TIR-sase-TIR-3') of helemaal geen enzyme (MITE: 5'-TIR-TIR-3').
[bewerk] Voorbeelden
Het eerste springende gen werd in 1951 door Barbara McClintock ontdekt in maïs. Ze kreeg hiervoor in 1983 de Nobelprijs. Ze ontdekte inserties, deleties en translocaties, die ontstaan waren door springende genen. Deze kwamen o.a. tot uiting in de kleur van de maiskorrel. Ongeveer 50% van het maisgenoom bestaat uit springende genen.
Springende genen in het fruitvliegje (Drosophila melanogaster) worden P elementen genoemd. Deze genen komen nog maar vanaf de vijftiger jaren van de twintigste eeuw in het fruitvliegje voor. Kunstmatig gemaakte P elementen kunnen gebruikt worden voor het inbrengen van genen in het fruitvliegje door ze te injecteren in het embryo.
Springende genen in bacteriën hebben meestal naast het gen voor het aanmaken van transposase een extra gen meestal met antibiotische werking. Springende genen kunnen uit het genoom-DNA springen naar de plasmiden en omgekeerd. Hierdoor kunnen makkelijk multi-resistente stammen tegen antibiotica ontstaan.
[bewerk] Ziekten
Springende genen zijn mutagenen. Ze kunnen aan het genoom van hun gastheercel schade toebrengen door:
- in een functioneel gen te gaan zitten, waardoor de werking verloren gaat,
- na het weer verlaten blijft een gat over dat waarschijnlijk niet goed meer gerepareerd wordt,
- verscheidene kopieën achter elkaar kunnen een goede chromosoomparing tijdens de meiose verhinderen, waardoor er ongelijke overkruisingen gemaakt worden.
Ziekten veroorzaakt door springende genen zijn:
- Hemofilie A en B,
- SCID,
- porphyria,
- gevoeliger voor kanker en
- ziekte van Duchenne.
[bewerk] Evolutie van springende genen
Springende genen worden in bijna alle organismen gevonden en moeten daarom een gezamenlijke voorouder hebben gehad of meerdere malen opnieuw zijn ontstaan.
Springende genen worden als een soort parasieten gezien binnen het genoom van celvormende organismen. Ze kunnen vergeleken worden met virussen. Virussen en springende genen hebben overeenkomsten in hun genoom structuur en biochemische activiteiten.
Om zich tegen springende genen te wapenen kunnen bacteriën genen uit hun genoom verwijderen. Hogere organismen zoals de eukaryoten hebben het RNA-interferentie mechanisme voor het onderdrukken van springende genen.
