Springend gen

Types

Transposons zijn slechts één van de vele soorten mobiele genetische elementen. Transposons zelf zijn van twee types naar gelang van hun mechanisme, dat ofwel "kopiëren en plakken" (klasse I) of "knippen en plakken" (klasse II) kan zijn.

Klasse I (Retrotransposons): Zij kopiëren zichzelf in twee fasen, eerst van DNA naar RNA door transcriptie, dan van RNA terug naar DNA door omgekeerde transcriptie. De DNA-kopie wordt vervolgens op een nieuwe plaats in het genoom ingevoegd. Retrotransposons gedragen zich zeer vergelijkbaar met retrovirussen, zoals HIV.

Klasse II (DNA-transposons): Bij de knip-en-plak transpositiemechanismen van klasse II-transposons is daarentegen geen RNA-tussenproduct betrokken.

Een bacterieel DNA transposon

Als oorzaken van ziekte

Transposons zijn mutagenen. Zij kunnen het genoom van hun gastheercel op verschillende manieren beschadigen:

• Een transposon of een retroposon dat zich in een functioneel gen invoegt, zal dat gen hoogstwaarschijnlijk uitschakelen.
• Nadat een transposon een gen heeft verlaten, zal de resulterende kloof waarschijnlijk niet correct worden gerepareerd.
• Meervoudige kopieën van dezelfde sequentie, zoals Alu-sequenties, kunnen een precieze chromosomale koppeling tijdens mitose en meiose belemmeren, hetgeen leidt tot ongelijke crossovers, een van de belangrijkste redenen voor chromosoomduplicatie.

Gebruik

Transposons kunnen bijkomende genen dragen, zoals genen voor antibioticaresistentie. Zij kunnen worden gebruikt om een gen in het DNA van een organisme in te brengen. Dit is gedaan bij fruitvliegen (Drosophila melanogaster) door het transposon in het embryo te brengen.

Voorbeelden

• De eerste transposons werden ontdekt in maïs (Zea mays), door Barbara McClintock in 1948, waarvoor zij in 1983 een Nobelprijs kreeg. Zij merkte chromosoommutaties op die door deze transposons werden veroorzaakt. Ongeveer 50% van het totale genoom van maïs bestaat uit transposons. Het Ac/Ds-systeem dat McClintock beschreef, zijn klasse II-transposons.
• Een familie van transposons in de fruitvlieg Drosophila melanogaster worden P-elementen genoemd. Zij schijnen pas in het midden van de twintigste eeuw voor het eerst in de soort te zijn verschenen. Binnen 50 jaar hebben zij zich over alle populaties van de soort verspreid. Kunstmatige P-elementen worden gebruikt om genen in te brengen in Drosophila door injectie van het embryo.
• De meest voorkomende vorm van transposon bij de mens is de Alu-sequentie. Deze is ongeveer 300 basen lang en kan tussen 300.000 en een miljoen keer in het menselijk genoom worden aangetroffen.
• Mariner-achtige elementen vormen een andere prominente klasse van transposons die in talrijke soorten, waaronder de mens, worden aangetroffen. Het Mariner-transposon werd voor het eerst ontdekt door Jacobson en Hartl in Drosophila. Dit klasse II-transposabel element staat bekend om zijn geheimzinnige vermogen om horizontaal te worden overgedragen in vele soorten. Er zijn naar schatting 14.000 kopieën van Mariner in het menselijk genoom, die 2,6 miljoen basenparen omvatten.

Evolutie

Transposons worden in vele levensvormen aangetroffen. Zij kunnen vele malen onafhankelijk van elkaar zijn ontstaan, of misschien slechts één keer en zich vervolgens via horizontale genoverdracht naar andere koninkrijken hebben verspreid.

Hoewel sommige transposons hun gastheren voordelen kunnen bieden, worden de meeste beschouwd als zelfzuchtige DNA-parasieten. In dit opzicht zijn zij vergelijkbaar met virussen. Verschillende virussen en transposons delen ook kenmerken in hun genoomstructuren en biochemische capaciteiten, hetgeen tot speculaties leidt dat zij een gemeenschappelijke voorouder hebben.

Overmatige transposonactiviteit kan een genoom vernietigen, wat dodelijk is. Veel organismen hebben mechanismen ontwikkeld om ze af te remmen. Bacteriën kunnen gendeletie gebruiken om transposons en virussen uit hun genoom te verwijderen, terwijl eukaryote organismen RNA-interferentie (RNAi) gebruiken om de transposonactiviteit te remmen.

In gewervelde diercellen coderen bijna alle meer dan 100.000 DNA-transposons in een genoom voor inactieve polypeptiden. Bij de mens zijn alle klasse I-achtige transposons inactief. Het eerste DNA-transposon dat als hulpmiddel voor genetische doeleinden werd gebruikt, het Doornroosje-transposonsysteem, was een transposon dat uit een lange evolutionaire slaap was herrezen.

Rol in het immuunsysteem

Transposons zijn wellicht door het gewervelde immuunsysteem overgenomen als middel om diversiteit van antilichamen te produceren: Het V(D)J recombinatiesysteem werkt volgens een mechanisme dat lijkt op dat van transposons. Dit is een systeem van drie genen die herschikt worden bij de produktie van gewervelde lymfocyten. Het systeem codeert op uiteenlopende wijze eiwitten die passen bij antigenen van bacteriën, virussen, parasieten, disfunctionele cellen zoals tumorcellen, en pollen.

De uiteindelijke DNA-sequentie, en dus de sequentie van het antilichaam, is zeer variabel, zelfs wanneer dezelfde twee V-, D-, of J-segmenten worden samengevoegd. Deze grote diversiteit maakt VDJ-recombinatie mogelijk om antilichamen te genereren, zelfs tegen microben die noch het organisme noch zijn voorouders ooit eerder zijn tegengekomen.