Мобильные элементы в геномах эукариот

1. Мобильные элементы в геномах эукариот Лекция 3

2. Принципы классификации мобильных элементов Классификация автономных мобильных элементов • Классификация по структуре и жизненному циклу. • Филогенетическая классификация по аминокислотной последовательности основного фермента. • Филогенетическая классификация по составу ORF. Классификация не автономных мобильных элементов • Классификация по элементу предшественнику. • Классификация по функциональной РНК (для SINE) и автономному элементу, отвечающему за транспозицию или ретропозицию.

3. Классификация мобильных элементов (Транспозоны). Классификация, основанная на жизненных циклах и структуре элементов.

4. Суперсемейства мобильных элементов (Транспозоны). Классификация, основанная на строении и жизненных циклах.

5. Распространенность ДНК транспозонов. Большинство групп ДНК транспозонов могут быть найдены в основных классах ныне существующих эукариот. Интересно, что некоторые, не повсеместно распространенные классы ДНК транспозонов присутствуют в не связанных с первого взгляда группах, например CACTA транспозоны найдены у насекомых и у цветковых растений.

6. Классификация мобильных элементов (Ретропозоны). Классификация, основанная на жизненных циклах и структуре элементов.

7. Филогения мобильных элементов (Ретропозоны). Филогенетическая классификация, основанная на сравнении аминокислотных последовательностей обратной транскриптазы

8. Суперсемейства мобильных элементов (LINE). Классификация, основанная на строении и жизненных циклах. Филогенетическая классификация, основанная на аминокислотной последовательности обратной транскриптазы

9. Некоторые известные LINE элементы

10. Эволюционная история CR1-LINE У Курицы описано 20 видов CR1. Их эволюционная история показывает, что волны активности можно наблюдать не только для индивидуальных элементов, но и для семейств элементов. Есть периоды более высокой и более низкой суммарной активности во времени.

11. Классификация SINE элементов. Классификация, основанная на РНК-предшественнике.

12. Классификация SINE элементов. Классификация, основанная на сайте полиаденилирования.

13. Классификация SINE элементов. Классификация, основанная на количестве мономеров.

14. Пример: мономеры, димеры и тримеры у грызунов – эволюция SINE

15. Эволюция DASSINE за 75 миллионов лет. TRD Пример: Эволюция SINE у броненосцев. Структуры tRNAAla и DAS-I SINE Самый первый SINE у броненосцеввозник примерно 75 млн. лет назад из тРНК аланина. Фолдинг DAS-I SINE

16. Происхождение Alu повторов. FLAM Alu повтор представляет собой комбинацию из двух остатков 7SL РНК: FLAM и FRAM, соединённых олиго-А линкером. Несмотря на то, что FLAM и FRAM появились у общего предка грызунов и человека, Alu повторы образовались у предков приматов, а у грызунов FRAM, по-видимому был инактивирован, а FLAM породил большое разнообразие мономерных производных.

17. Эволюция Alu повторов у разных приматов. Aluшироко распространены в геномах всех приматов. Многие приматы имеют свои собственные специфичные формы Alu.

18. Эволюция Alu повторов у разных приматов. • Несколько типов Aluповторовбыли активны в одно время. • Значительное изменение активности Alu повторов произошло вскоре после разделения на Обезьян Старого света и Обезьян Нового света.

19. Свойства и особенности поведения Alu повторов. • Alu элементы являются наиболее успешными из всех, в настоящее время известных мобильных элементов у млекопитающих. • Alu элементы имеют размер в 280 нт, имеют, унаследованные от 7SL РНК pol III промотор, но не имеет терминатора (TTTT). • Alu элементы более эффективно воспроизводятся по сравнению с LINE1 РНК. • Между человеком и шимпанзе около 6 млн лет, за это время в геноме человека появилось от 2500 до 5000 Alu. Для сравнения, у макаки резус за 15 млн лет накопилось 11000 Alu. • Новые Alu элементы появляются в геноме примерно в одном случае на 20 рождений. • Из каждых 100 выявленных новых случаев генетических заболеваний как минимум одно вызвано встраиванием Alu элемента. • Не менее 20 из каждых 100 выявленных случаев генетических заболеваний вызвано негомологичной рекомбинацией по Alu повторам. • Alu так же активны в соматических клетках, примерно 1 из 1000 раковых заболеваний вызвано встраиванием или соматической рекомбинацией по Alu элементу. • В клетках в каждый момент времени присутствует примерно 100 копий Alu РНК.

20. Свойства и особенности поведения Alu повторов. • Молекула Alu РНК имеет на 5’ конце трифосфатную группу. • Занимая 11% человеческого генома, Alu элементы являются причиной 25% его метилирования. • Alu присутствуют в нетранслируемых последовательностях многих клеточных РНК и могут вносить новые сайты полиаденилирования, РНК эдитинга и сплайсинга. • В некоторых, известных случаях, Alu элементы порождали новые экзоны, включающие часть Alu последовательности. Альтернативный первый экзон в гене TNFR (фактор некроза опухоли)

21. Пример: экзонизация Alu повторов. Путь от встраивания Alu до начала синтеза альтернативной формы фактора занял примерно 25 млн лет и реализовался только у обезьян старого света (человекообразных).

22. Заключение. • Мобильные элементы выживают в геноме клетки постоянно изменяясь. Этот процесс порождает большое число разных вариантов, из которых успех имеют лишь некоторые. • В отличие от осадочных пород, в геноме нельзя найти «вымершие единичные экземпляры» мобильных элементов, мы можем найти лишь те копии, которые размножились в достаточном количестве. • Некоторые группы элементов распространены почти везде, некоторые – ограничены тем или иным царством, классом, отрядом, родом живых существ. • Некоторые элементы имеют, по-видимому, высокую способность переноситься между видами и даже классами живых существ. Этой способностью обладают только автономные элементы. • SINE элементы всегда специфичны на уровне отряда, иногда рода. Наличие общих SINE элементов, как правило, указывает на близкого общего предка между видами. • SINE элементы «выживают» за счёт относительно высокой эффективности ретропозиции и за счёт постоянной эволюции. У млекопитающих специфические для данного отряда или рода активные SINE – правило. Обратное – исключение, однако для птиц, наличие SINE – редкость, и связано с меньшей эффективностью CR1 LINE по сравнению с LINE1.