TAREA DE LA TRANSPOSICION
TRANSPOSICION:
La transposición
es un mecanismo especial de recombinación, totalmente diferente
de los vistos hasta ahora. Un segmento del DNA puede saltar de una zona
a otra del genoma, dicho segmento se llama transposón o
elemento genético transponible. Los elementos genéticos
transponibles no se encuentran nunca aislados, siempre están
integrados. Generalmente, los elementos genéticos transponibles
no presentan ninguna homología de secuencia con los DNAs donde
se integran. Como consecuencia se producen mutaciones en los sitios
donde se insertan los transposones. Debido a esto la transposición
ha de estar altamente regulada y por tanto ocurre con una frecuencia muy
baja: 10-3 - 10-4. Este fenómeno se conoce
desde hace tiempo, lo observó Bárbara McClintok mientras
estudiaba genéticamente la variegación del maíz.
Postuló que eran necesarios unos "genes que saltaban".
Más tarde, en los años 50, en hospitales japoneses se observó
la aparición súbita de cepas bacterianas que presentaban
múltiples resistencias a antibióticos, la base de lo que
se conoce como enfermedades hospitalarias. Aunque fisiológicamente
distintos, ambos fenómenos están molecularmente relacionados.
Los genes que llevaban
la resistencia a esos antibióticos se propagaban de unas cepas
a otras rápidamente. El empleo masivo de antibióticos lleva
consigo que se seleccionen las cepas más resistentes, lo que aumenta
la probabilidad de que los genes de resistencia se propaguen vía
transposición. La transposición puede llevarse a cabo de
dos maneras:
» Vía RNA, un fragmento de RNA previamente copiado a DNA por la transcriptasa reversa, pasa a otro DNA. Los retrovirus se transponen por un intermediario de RNA.
» Vía DNA, un fragmento de DNA pasa a otro DNA (es el tipo de transposición que vamos a tratar).
En la transposición
están implicados tres sitios: los extremos del transposón
y el sitio de integración. Existen diferentes mecanismos
de transposición con distintas consecuencias:
A)
B)
B)
C)
La transposición puede ser simple, si el transposón
pasa de un sitio a otro sin replicarse (b), o replicativa,
si el transposón se replica, pasando una copia al DNA receptor,
y permaneciendo la otra en el DNA donante (a). Al igual que un
transposón pasa de un DNA a otro, puede ir de un sitio a otro en
la misma molécula de DNA; en este caso también puede darse
una transposición replicativa con lo que el DNA adquiere varias
copias del transposón. Se crean zonas móviles de homología
susceptibles de recombinación, de modo que pueden producirse inversiones
o deleciones en función de la orientación de esos elementos
móviles. Recordemos que una recombinación entre dos elementos
que tienen polaridad inversa produce una inversión y una recombinación
entre elementos con la misma polaridad da lugar a una deleción.
El otro tipo de transposición es la conservativa (c),
la cual involucra el movimiento directo sin pérdida de enlaces,
de forma similar a lo estudiado en la integración y escisión
del fago lambda. Resumiendo, la transposición da lugar a mutaciones
y reordenamientos génicos (inversiones, deleciones e inserciones).
Los transposones se
encuentran en todos los tipos de organismos: levaduras, plantas,
Drosophila, etc., pero vamos a centrarnos en los bacterianos. La
proteína que lleva a cabo la transposición es la transposasa,
que ha de reconocer unas señales en el propio transposón,
señales que son secuencias repetidas e invertidas (RIs
ó IRs) localizadas en los extremos del transposón. Los
transposones más simples son los llamados secuencias de inserción
o elementos IS (insertion sequences). Una secuencia de inserción
es una secuencia que contiene un gen de una transposasa flanqueado por
secuencias repetidas e invertidas (IR) que reconoce la transposasa. Hay
múltiples secuencias de inserción que se nombran con un
número: IS1, IS2, etc. y cada una tiene su propia
transposasa que reconoce sus propias secuencias terminales. La Fig. 15.1,
Genes VII muestra varios ejemplos de elementos IS y sus características.
Los transposones siempre
están flanqueados por secuencias repetidas directas (DR) que proceden
del DNA al que se integraron (¡no confundir con las secuencias repetidas
e invertidas de los extremos del transposón!). Las transposasas
producen cortes no enfrentados en los sitios de inserción
de transposones, generándose extremos cohesivos. Tras la inserción
del transposón, éste va a quedar flanqueado por huecos que
al ser rellenados por la DNA polimerasa, van a originar las repeticiones
directas, como indica la siguiente figura:
El número de
pares de bases que forman la DR de un determinado transposón es
siempre el mismo, por ejemplo, IS1 va a producir 9 pares de bases, ya
que esto es consecuencia del mecanismo de la transposasa. Las secuencias
de las DRs son distintas, ya que depende del sitio de inserción
del transposón. Si el transposón se transfiere a otro sitio
dejará una repetición directa, algo así como la "huella
del transposón", aunque hay casos raros en los que se regenera
completamente el lugar donde se insertó el transposón.
Cuando dos elementos
IS se encuentran próximos, la transposasa puede reconocer sus propias
IRs, transponiéndose sólo una IS, o una IR de una IS y una
IR de la otra IS, en este caso se transponen las dos ISs conjuntamente
con el fragmento de DNA comprendido entre ellos, el conjunto de dos las
dos IRs y el fragmento comprendido entre ellas se conoce como transposón
compuesto. Los transposones compuestos se nombran Tn,
seguido de un número, así Tn1, Tn2, etc. Cuando
un DNA contiene un transposón se indica con ::, así
pZA48::Tn27 quiere decir que el plásmido pZA48 lleva el
transposón Tn27. Los transposones compuestos son la causa de la
rápida propagación de las resistencias a antibióticos,
ya que el fragmento incluido entre los ISs puede llevar resistencia a
antibióticos. La figura siguiente representa la estructura general
de los transposones compuestos junto con algunos ejemplos de transposones
conocidos y sus ISs:
Como muestra la figura,
los elementos IS flanqueantes de un transposón pueden tener la
misma orientación o la invertida. Dado que las secuencias IR están
repetidas e invertidas en ambos ISs, la transposición del transposón
compuesto se puede dar igualmente, independientemente de la orientación
de las ISs, ya que siempre va a haber secuencias IR flanqueando los transposones
compuestos. Una característica de los transposones compuestos es
que las secuencias de inserción tienen que ser del mismo tipo (IS1,
IS10, etc.), no obstante, como son secuencias redundantes y cada una de
ellas lleva su propia transposasa, una de ellas puede mutar sin que ello
afecte a la transposición del transposón compuesto. Encontramos
así que, aunque originariamente estas IS son exactamente iguales,
a lo largo de la evolución han podido llegar a ser algo diferentes.
Así, el Tn9 tiene IS1s idénticas en repetición directa;
Tn903 tiene IS903 idénticas invertidas; Tn10 tiene IS10R a la derecha
e IS10L a la izquierda, invertidas entre sí y con una divergencia
del 2.5%.
Mecanismos
y modelos de transposición
Existen
dos maneras por las que un transposón puede transponerse:
» No replicativa (o simple), en la que el transposón salta de un lugar a otro. El DNA donante queda con un hueco y generalmente ese DNA incompleto se pierde, o puede ligarse quedando cerrado.
» Replicativa, hay dos copias del transposón, una permanece en el donante y la otra va al receptor. Esto se lleva a cabo mediante la formación de un intermedio cointegrado. Los DNA está unidos, flanqueados por dos copias del transposón. Los transposones de la familia TnA se transponen por este mecanismo.
Tenemos un DNA donante
con un transposón cuya transposasa reconoce las secuencias repetidas
invertidas de sus extremos, produciendo dos nicks en bandas opuestas
a ambos lados del transposón. También produce dos nicks
no enfrentados en el sitio donde se va a integrar. El extremo del transposón
que queda libre se va a unir a uno de los nicks del DNA receptor. El transposón
está unido, así, a cuatro bandas, dos del donante y dos
del receptor, quedando dos huecos a ambos lados del transposón.
Los extremos 3' OH son elongados por la DNA polimerasa y la zona queda
repetida de forma directa flanqueando el sitio donde se inserta el transposón.
En el caso de la transposición simple, se producen dos nicks entre
el transposón y el DNA donante, ligándose los extremos del
transposón a los extremos libres del DNA receptor. En
el caso de transposición replicativa la DNA polimerasa no se detiene,
sino que continúa replicando las bandas del transposón,
por lo que tendremos una duplicación del transposón:
A)
C)
D)
La transposición
replicativa transcurre con la formación de un intermediario denominado
cointegrado. La resolución del cointegrado ocurre por recombinación
específica de sitio, paso (d) de la figura anterior. Este es un
caso especial de escisión llevado a cabo por la enzima resolvasa.
Una recombinación específica de sitio entre dos regiones
del transposón da lugar al DNA donante, que mantiene una copia
del transposón y al DNA receptor con la otra copia del transposón
y su zona de inserción duplicada. Los transposones de la familia
TnA transponen por via replicativa, por lo que codifican no sólo
para la transposasa sino también por la resolvasa. En resumen la
transposasa
reconoce las repeticiones invertidas de los extremos, así como
el sitio de inserción, corta ambos y los liga, mientras que la
resolvasa reconoce el sitio de recombinación específica
de sitio del transposón (sitio res), corta, une y resuelve
el cointegrado.
Como dijimos antes,
la transposición se da con muy baja frecuencia, por lo que debe
ser un proceso fuertemente regulado, distintos transposones tienen diferentes
mecanismos de control. En el caso de TnA la transposición se controla
reprimiendo la expresión de la transposasa. El gen tnpR
codifica para la resolvasa que reconoce específicamente el sitio
res (lugar donde se produce específicamente la recombinación
específica de sitio) que está solapado con el promotor del
gen de la transposasa, tnpA, de modo que la resolvasa no sólo
resuelve el cointegrado, sino que reprime la expresión de la transposasa.
Un mutante de resolvasa aumenta la frecuencia de transposición.
El sitio res es muy parecido a la región O de POP' y BOB', y la
resolvasa presenta homología con int. Si tenemos mutantes en resolvasa,
los cointegrados se acumulan. Si bien al existir regiones de homología,
se pueden resolver vía recombinación homóloga, la
frecuencia con la que esto ocurre es muy baja. La resolución es
mucho más eficaz vía recombinación específica
de sitio que vía recombinación homóloga.
La transposición
génica en los sistemas eucariotas presenta claras semejanzas y
algunas diferencias bien definidas respecto a la transposición
de las bacterias. La primera distinción importante es que, en los
eucariotas, la integración y la escisión son procesos diferenciados.
Así pues, el elemento transponible puede aislarse en la forma libre,
a menudo como un DNA circular de doble hebra. En segundo lugar, la replicación
de ese DNA comporta a menudo la síntesis de un RNA intermediario.
Ambas propiedades se observan en los retrovirus de los vertebrados, que
son tal vez la clase de elementos transponibles de los eucariotas más
estudiada. Estos virus de RNA utilizan la transcriptasa inversa para sintetizar
un DNA de doble cadena circular, que puede integrarse en múltiples
lugares del cromosoma de la célula huésped. El genoma
retroviral integrado se representa en la figura siguiente:
Si se compara su estructura
con la de un transposón compuesto bacteriano, representada anteriormente,
se observará una notable semejanza entre ambos. El genoma
retroviral posee genes estructurales (gag, pol, env)
en cuyos flancos hay dos repeticiones directas, las repeticiones terminales
largas (LTR) de unas 250 a 1400 pb cada una. Cada LTR está
flanqueada, a su vez, por secuencias de repetición invertidas cortas,
de una longitud de ente 5 y 13 pares de bases. La integración se
produce mediante un mecanismo que duplica el lugar diana, con lo que el
gen viral integrado, denominado provirus, queda flanqueado por repeticiones
directas de 5 a 13 pares de bases cada una del DNA de la célula
huésped. Los
elementos transponibles de las células eucariotas presentan semejanzas
notables con los retrovirus en cuanto a la organización de la secuencia.
De hecho se utiliza el término retrotransposón para
denominar a esta clase de elementos.
BIBLIOGRAFIA
http://fbio.uh.cu/sites/genmol/confs/conf5/p04.htm
http://casa-arenys.blogspot.com/2009/07/el-adn-que-salta-transposones.html
genoma.unsam.edu.ar/trac/docencia/raw.../wiki/.../Clase7_2011.pdf
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