Transposón
Un transposón o elemento genético transponible es una secuencia de ADN que puede moverse de manera autosuficiente a diferentes partes del genoma de una célula, un fenómeno conocido como transposición. En este proceso, se pueden causar mutaciones y cambio en la cantidad de ADN del genoma. Anteriormente fueron conocidos como "genes saltarines" y son ejemplos de elementos genéticos móviles.[1]
El transposón modifica el ADN de sus inmediaciones, ya sea arrastrando un gen codificador de un cromosoma a otro, rompiéndolo por la mitad o haciendo que desaparezca del todo. En algunas especies, la mayor parte del ADN (hasta un 50% del total del genoma) corresponde a transposones. Estos elementos móviles han acompañado a los organismos vivos durante su evolución contribuyendo decisivamente a los cambios genéticos.
A diferencia de los provirus, los transposones se integran en el ADN celular en lugares bien determinados. Barbara McClintock propuso su existencia en el maíz, sin embargo, su presencia no se demostró hasta mucho más tarde en bacterias. Por ello recibió el Premio Nobel en 1983.
Los transposones están presentes en todos los seres vivos y también se han detectado en los virus gigantes. Son genes móviles que no tienen capacidad de replicación y dependen de la integración en la célula huésped. En principio no son infectivos, pero se comportan como parásitos intracelulares. Fueron descubiertos por Bárbara McClintock en el maíz y los llamó “elementos controladores” porque podían modificar la expresión de los genes en los que se insertan. Se han descrito varias familias de transposones que se agrupan en dos clases, I y II. Los de clase I se movilizan a través del ARN (retrotransposones), son los más conocidos. Los de clase II saltan directamente a través de ADN. El n.º de copias de cada familia varía con la especie y con el individuo. No tiene especificidad en su sitio de integración en el genoma. Se movilizan de forma aleatoria y pueden entrar en intrones, en exones o en genes reguladores. Entonces causan mutaciones e incrementan la variabilidad genética. En este sentido son un motor evolutivo claro.
Clasificación
Existe una amplia diversidad de elementos genéticos móviles y pueden ser clasificados sobre la base de su contenido, su estrategia y mecanismo de transposición.
Según contenido
- Transposón simple, secuencia de inserción o elemento de inserción (IS): contienen una secuencia central con información para la transposasa, una enzima necesaria para la transposición, y en los extremos una secuencia repetida en orden inverso. Esta secuencia repetida en orden inverso no es necesariamente idéntica, aunque muy parecida. Cuando un transposón simple se integra en un determinado punto del ADN aparece una repetición directa de la secuencia diana (5-12 pb).
- Transposón compuesto (Tn): contienen un elemento de inserción (IS) en cada extremo en orden directo o inverso y una región central con la transposasa que además suele contener información de otro tipo. Por ejemplo, los factores de transferencia de resistencia (RTF), poseen información en la zona central para resistencia a antibióticos como el cloranfenicol, la kanamicina, la tetraciclina, dándole una ventaja selectiva a las bacterias que lo posean.
Según estrategia de transposición
- Clase I o DNA retrotransposones: se mueven en el genoma siendo transcritos a ARN y después en ADN por retrotranscriptasa. A su vez, se clasifican en los de origen retroviral (retrotransposones con LTR) y de origen no retroviral (retrotransposones sin LTR).
- Clase II o transposones: se mueven directamente de una posición a otra en el genoma usando una transposasa para cortar y pegarse en otro locus del mismo.
- Clase III o MITE, por sus siglas en inglés "Miniature Inverted-repeats Transposable Elements".[2]
Según mecanismo de transposición
- Transposición conservativa: el transposón sale de la sede donadora que queda vacía y se incorpora en una nueva sede (sede receptora). No aumenta el número de copias del transposón en el interior de la célula.
Se expresa la transposasa, y realiza dos cortes de doble cadena a la misma altura en el genoma donante, dejando aislado el transposón. A continuación localiza una secuencia diana (pongamos, ATGCA) en el genoma aceptor, y realiza un corte cohesivo. Tras eso une los extremos a los del transposón aislado, y la ADN Polimerasa de la célula rellena las zonas de cadena sencilla dejadas en la secuencia señal tras el corte cohesivo. Debido a esto, la secuencia señal queda duplicada. Queda, sin embargo, un hueco en el genoma donante, que puede ser letal si no se repara. Realmente, en este caso se habla más de recombinación que de transposición.
- Transposición no conservativa: en este caso la transposasa realiza un corte cohesivo no solo en la secuencia diana, sino también en el genoma donante, dejando un corte a cada lado del transposón. A continuación integra todo el genoma donante con el aceptor, mediante un curioso mecanismo que forma un intermediario llamado “estructura entrecruzada”. Esta estructura es resuelta por una segunda enzima, la resolvasa, que según cómo lo resuelva dará lugar a una de las siguientes transposiciones:
- Transposición no replicativa: el genoma donante se libera, dejando el transposon en el genoma receptor. Al igual que en la transposición conservativa, queda un hueco en el genoma donante, que puede ser letal si no se repara.
- Transposición replicativa: se produce una replicación desde los extremos 3’ del genoma aceptor, lo que acaba por duplicar el transposón, y produciendo un genoma mixto llamado “cointegrado”. A continuación la resolvasa rompe el cointegrado mediante una recombinación recíproca, que une los extremos del ADN aceptor original (ahora con una de las copias del integrón) y libera el genoma donante de nuevo con su transposón.
Evolución
Los transposones se encuentran en todas las formas de vida y en los virus gigantes. Por tanto la comunidad científica todavía está explorando su evolución y su efecto sobre la evolución del genoma. Los transposones parecen haberse desarrollado en LUCA (último ancestro común universal) o tal vez antes. Los transposones confieren beneficios a sus anfitriones, la mayoría son considerados ADN egoísta (parásitos). De esta manera, son similares a los virus. Los transposones, virus y plásmidos tienen características similares en su bioquímica lo que lleva a especular que tienen un ancestro en común. Algunos transposones de ADN pudieron evolucionar secundariamente de infecciones virales antiguas causadas por virus de ADN.[3]
Debido a que la actividad de los transposones es excesiva puede dañar los exones, muchos organismos han adquirido mecanismos para inhibir su actividad. Las bacterias y arqueas suelen experimentar altas tasas de eliminación de genes como parte de un mecanismo para eliminar plásmidos, transposones y restos de virus de sus genomas, mientras que los organismos eucariotas suelen utilizar la interferencia de ARN para inhibir la actividad de transposones. Sin embargo, algunos transposones generan familias numerosas a menudo asociadas con eventos de especiación. La evolución a menudo desactiva los transposones de ADN, dejándolos como intrones (secuencias genéticas inactivas). En las células de animales vertebrados, casi todos los más de 100,000 transposones de ADN por genoma tienen genes que codifican polipéptidos de transposasa inactivos. El primer transposón sintético diseñado para su uso en los vertebrados (incluyendo humanos) células, el durmiente sistema de transposón de belleza , es un transposón Tc1 / mariner-like. Sus versiones muertas ("fósiles") se extienden ampliamente en el genoma del salmónido y se diseñó una versión funcional comparando esas versiones. Los transposones similares a Tc1 humanos se dividen en subfamilias Hsmar1 y Hsmar2. Aunque ambos tipos están inactivos, se está seleccionando una copia de Hsmar1 que se encuentra en el gen SETMAR, ya que proporciona la unión al ADN para la proteína modificadora de histona. Muchos otros genes humanos se derivan de manera similar de los transposones. Hsmar2 ha sido reconstruido varias veces a partir de las secuencias fósiles.
Sin embargo, grandes cantidades de transposones dentro de los genomas aún pueden presentar ventajas evolutivas. Repeticiones intercaladas dentro de los genomas se crean por eventos de transposición que se acumulan a lo largo del tiempo evolutivo. Debido a que las repeticiones intercaladas bloquean la conversión génica, protegen las secuencias genéticas novedosas de ser sobrescritas por secuencias genéticas similares y, por lo tanto, facilitan el desarrollo de nuevos genes. Los transposones pueden haber sido cooptados por el sistema inmune de vertebrados como un medio para producir diversidad de anticuerpos. El sistema de recombinación V (D) J funciona mediante un mecanismo similar al de algunos transposones.
Los transposones pueden contener muchos tipos de genes, incluidos los que confieren resistencia a los antibióticos y la capacidad de transponerse a plásmidos conjugativos. Algunos TE también contienen integrones, elementos genéticos que pueden capturar y expresar genes de otras fuentes. Estos contienen integrasa, que puede integrar casetes de genes. Hay más de 40 genes de resistencia a antibióticos identificados en casetes, así como genes de virulencia.
Los transposones no siempre extirpan sus elementos con precisión, a veces eliminan los pares de bases adyacentes; este fenómeno se llama barajar exón. Mezclar dos exones no relacionados puede crear un nuevo producto genético o más probablemente un intrón.
Elementos transponible y metilación del ADN
La metilación del ADN en elementos transponible es conocido por estar relacionado con la expansión genómica. Sin embargo, un conductor evolucionario de la expansión genómica todavía no se ha estudiado detalladamente. Se conoce que existe una relación en el tamaño del genoma y de los sitios de C-Fosfato-G. Esto sugiere que la metilación de ADN y los elementos transponibles tienden a incrementar de manera notable la masa de ADN.[4]
Tamaño del genoma
Existen muchas razones por las cuales existe una diferencia significativa en el tamaño de los genomas, especialmente como se ha mencionado anteriormente en los genomas de los eucariotas. Los elementos transposible contribuyen a un cambio significante en la masa celular del ADN, y este proceso está relacionado en la acomodación de genoma hospedador.[5] Consecuentemente, esto es un factor primordial para la expansión del tamaño del compartimiento del genoma de diferentes especies, ya sean vertebrados o invertebrados.
Trasposones en vertebrados
En 2009 se encontró el trasposón hAT en siete especies de animales taxonómicamente tan lejanas entre sí, que algunas divergieron hace 340 millones de años. Entre otras, erizo común (Erinaceus europaeus), tenrec común (Tenrec ecaudatus), oposum americano, gálago, y una especie de rana.[6]
Lo más llamativo de este estudio es encontrar secuencias del genoma similares entre el erizo y el tenrec, animales semejantes pero no emparentados. El elefante no presenta este trasposón a pesar de ser más cercano taxonómicamente al tenrec (Afrotheria).
La posición de este trasposón en el genoma varía entre las distintas especies, lo que sugiere una transmisión horizontal (la información pasa de una especie a otra) y no vertical (la secuencia pasa de progenitores a descendientes).[6]
Elemento Alu
Los elementos de Alu son conocidos como los tipos de elementos transponibles más abundantes. Algunos estudios han utilizado los elementos Alu como una manera de estudiar la idea de cual factor es responsable en la expansión de genoma genético. Los elementos Alu son ricos en sitios de CPG y consecuentemente poseen una larga secuencia de genes. Los elementos Alus pueden trabajar como centros específicos de metilación, y cuando son insertados en genes hospedados puede producir metilación del ADN y provocar el esparcimiento en áreas específicas de ADN, esto produce lo que se conoce perdida de sitios de CPG y está relacionada con la expansión genómica.[7]
Véase también
Referencias
- Kidwell, M.G. (2005). «Transposable elements.». En (ed. T.R. Gregory), ed. The Evolution of the Genome. San Diego: Elsevier. pp. 165-22. ISBN 0-12-301463-8.
- Craig NL, Craigie R, Gellert M, and Lambowitz AM (ed.) (2002). Mobile DNA II. Washington, DC: ASM Press. ISBN 978-1555812096.
- Lewin B (2000). Genes VII. Oxford University Press. ISBN 978-0198792765.
- Thomas M Devlin. «Regulación de la expresión génica». Bioquímica: libro de texto con aplicaciones clínicas (4ª edición). Reverté. p. 345. ISBN 84-291-7208-4. Consultado el 27 de enero de 2011.
- Dosne Pasqualini, Christiane (1991). «Reflexiones sobre la etiología de la leucemia». Revista Medicina 51 (2).
- . Medicina molecular. 26 de marzo de 2008. Archivado desde el original el 11 de febrero de 2011. Consultado el 27 de enero de 2011.
- Natalya Yutin, Eugene Koonin, Didier Raoult (2014). Virophages, Polintons, and Transpovirons: A Complex Evolutionary Network of Diverse Selfish Genetic Elements With Different Reproduction Strategies. Virology Journal.
- Zhou, Wanding; Liang, Gangning; Molloy, Peter L.; Jones, Peter A. (11 de agosto de 2020). «DNA methylation enables transposable element-driven genome expansion». Proceedings of the National Academy of Sciences (en inglés) 117 (32): 19359-19366. ISSN 0027-8424. PMID 32719115. doi:10.1073/pnas.1921719117. Consultado el 1 de enero de 2021.
- Zhou, Wanding; Liang, Gangning; Molloy, Peter L.; Jones, Peter A. (11 de agosto de 2020). «DNA methylation enables transposable element-driven genome expansion». Proceedings of the National Academy of Sciences (en inglés) 117 (32): 19359-19366. ISSN 0027-8424. PMID 32719115. doi:10.1073/pnas.1921719117. Consultado el 1 de enero de 2021.
- ↑ Feschotte, C.; Pritham, E.J. (2007). «DNA Transposons and the evolution of eukariotic genomes». Annual Review of Genetics (41): 331-368.
- Zhou, Wanding; Liang, Gangning; Molloy, Peter L.; Jones, Peter A. (11 de agosto de 2020). «DNA methylation enables transposable element-driven genome expansion». Proceedings of the National Academy of Sciences (en inglés) 117 (32): 19359-19366. ISSN 0027-8424. PMID 32719115. doi:10.1073/pnas.1921719117. Consultado el 1 de enero de 2021.
- Leslie A. Pray, Ph.D. Transposons: Pray, L. (2008) Transposons: The jumping genes. Nature Education 1(1):204.