معلومة

9.5: يحدث التحويل عن طريق الإدخال في فواصل متداخلة - علم الأحياء

9.5: يحدث التحويل عن طريق الإدخال في فواصل متداخلة - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

كسر متداخلة في الكروموسوم

الخاصية المشتركة لجميع العناصر القابلة للتبديل تقريبًا هي أنها تتحرك عن طريق إدخالها في كسر متداخلة في الكروموسوم ، أي أن أحد الخيطين أطول قليلاً من الآخر عند الاستراحة (الشكل 9.9). كان أول مؤشر على ذلك هو ملاحظة أن نفس تسلسل الحمض النووي القصير موجود على كل جانب من جوانب العنصر القابل للنقل. التسلسل داخل هذه التكرارات المباشرة المرافقة (FDRs) مميزة لكل نسخة من العنصر القابل للنقل ، ولكن حجم FDR مميز لمجموعة معينة من العناصر القابلة للنقل. تحتوي بعض عائلات العناصر القابلة للنقل على FDRs أقصر من 4 نقاط أساس والعائلات الأخرى لديها FDRs بطول 12 زوجًا أساسًا. ومع ذلك ، داخل عائلة معينة ، سيختلف تسلسل FDR بين النسخ الفردية. هذه FDRs هي السمات المميزة للعناصر القابلة للنقل.

الشكل 9.9. يتم إنشاء التكرارات المباشرة المرافقة عن طريق عمليات الإدخال في فواصل متداخلة.

نظرًا لأن ملفات FDRs مميزة لكل نسخة ، فهي ليست جزءًا من العنصر القابل للنقل بحد ذاته. تحتوي بعض عائلات العناصر القابلة للنقل على تسلسلات متكررة على جوانبها متطابقة لجميع أفراد العائلة ، ولكنها جزء لا يتجزأ من العنصر القابل للنقل. يشير الاختلاف في تسلسل FDRs إلى أنها تم إنشاؤها من المواقع المستهدفة لأحداث النقل. إذا تم إدخال العنصر القابل للنقل في كسر في الكروموسوم الذي ترك بروزًا قصيرًا (حبلا أطول من الآخر) ، وتم ملء هذا التراكب بواسطة بوليميراز الحمض النووي كجزء من التحويل ، فسيتم تكرار تسلسل ذلك المتراكب على كل جانب من جوانب النسخة الجديدة. يُطلق على هذا الانقطاع مع البروز المتدلي استراحة متداخلة. سيحدد حجم الفاصل المتقطع حجم FDR.

أظهرت الدراسات الآلية للإنزيمات المستخدمة للتبديل أن مثل هذه الفواصل المتداخلة تتم في الموقع المستهدف قبل التكامل ويتم إصلاحها كجزء من عملية التحويل (انظر أدناه). يتم استخدام الفواصل المتداخلة في التحويل بواسطة كل من وسائط الحمض النووي ووسطاء الحمض النووي الريبي.


العناصر القابلة للتحويل الموجودة في البكتيريا

توضح النقاط التالية العناصر السبعة الهامة القابلة للتبديل الموجودة في البكتيريا. العناصر القابلة للنقل هي: 1. متواليات الإدراج 2. الينقولات 3. نموذج الاندماج للتبديل 4. الينقولات المقترنة 5. Integrons 6. الطفرات ينقل 7. تبديل الجراثيم Mu.

العنصر القابل للتبديل # 1. تسلسل الإدراج (IS-Elements):

تسلسل الإدخال هو أبسط أشكال العناصر القابلة للتبديل الموجودة في بدائيات النوى. تم اكتشافها لأول مرة فيما يتعلق بالجينات التي تتحكم في استخدام الجالاكتوز في الإشريكية القولونية. عناصر IS هي مكونات طبيعية للجينوم البكتيري. قد تكون موجودة في الكروموسوم أو العناصر الوراثية خارج الكروموسومات ، والتي تسمى البلازميدات.

على سبيل المثال ، تشارك عناصر IS الموجودة في F-plasmid للإشريكية القولونية في تكامل البلازميد F مع الكروموسوم البكتيري الذي ينتج سلالات Hfr. خلال هذه العملية ، يحدث التبادل الجيني بين عناصر IS للبلازميد والكروموسوم.

هناك العديد من عناصر IS في البكتيريا والتي تختلف في تسلسل النيوكليوتيدات. لكن كل هذه العناصر لها بعض السمات المشتركة في هيكلها. إحدى السمات المهمة لجميع عناصر IS هي وجود 9 إلى 41 تسلسلًا طويلًا من النوكليوتيدات في كل طرف يتكرر بشكل متماثل تقريبًا ، ولكنه موجه في اتجاهين متعاكسين. تسمى هذه التسلسلات التكرارات الطرفية المقلوبة. بين التكرارات الطرفية ، يتم تضمين امتداد طويل من الحلزون المزدوج للحمض النووي الذي يحتوي على عدة مئات إلى أكثر من ألف زوج قاعدي.

تظهر الصورة المعممة لعنصر IS بشكل تخطيطي في الشكل 9.78:

يحمل الجزء المركزي من عناصر IS بدائية النواة معلومات وراثية لتخليق إنزيم واحد أو اثنين فقط مطلوبين لإدخال العنصر في موقعه المستهدف. أحد هذه الإنزيمات هو ترانسبوزيز. قد يتم أيضًا إنتاج إنزيم آخر ، يحل بواسطة بعض عناصر IS. إنه القامع.

قد تكون عناصر IS موجودة في نسخ متعددة في الخلايا البكتيرية ، أي قد يكون هناك أكثر من نسخة واحدة من نفس عنصر IS في كل خلية. إجمالاً ، قد تمثل عناصر IS حوالي 0.3٪ من إجمالي الجينوم البكتيري. بعض عناصر IS- للإشريكية القولونية التي تم تحديدها وتسلسلها هي IS-1 و IS-2 و IS-4 و IS-5.

يتم عرض خصائص هذه العناصر في الجدول 9.5:

التكرارات المقلوبة لـ IS-I والجزء المركزي منها موضحة في الشكل 9.79:

آلية تبديل عناصر IS:

قد يظهر أثناء عملية التحويل ، يترك جزء من الحمض النووي موقعه الأصلي على الكروموسوم ويتم إدخاله في موقع جديد - الموقع المستهدف. ومع ذلك ، لا يحدث التحويل بهذه الطريقة.

في حالة تبديل عنصر IS أو الينقولة ، يتم تكرار العنصر القابل للنقل بدقة ويتم إدخال نسخة واحدة في الموقع المستهدف وتبقى النسخة الأخرى في الموقع الأصلي. وهكذا ، مع كل حدث تبديل ، يتضاعف عدد نسخ العنصر.

نظرًا لأن التحويل يحدث في نقاط عشوائية على طول الكروموسوم ، فإن التسلسل الأساسي للعنصر القابل للنقل وتلك الخاصة بالموقع المستهدف لا يحملان أي تماثل. في هذا الصدد ، يختلف التحويل بشكل أساسي عن إعادة التركيب المتماثل الذي يحدث أثناء إعادة التركيب الجيني. ومع ذلك ، غالبًا ما ينتج عن التحويل طفرات عن طريق تعطيل تسلسل الترميز للجين الذي يتم فيه إدخال عنصر IS.

من السمات المهمة لنقل عنصر IS أن الإدراج ينتج عنه تكرار الموقع المستهدف. يتكون هذا الموقع من مقطع DNA قصير به 3 إلى 12 زوجًا من النوكليوتيدات. على سبيل المثال ، يحتوي الموقع المستهدف لـ IS-1 على 9 أزواج أساسية ، بينما يحتوي موقع IS-2 على 5 أزواج أساسية.

يتم إدراج عناصر IS بين نسختين مكررتين من الموقع الهدف. وبالتالي ، مع كل حدث تبديل ، يتم أيضًا تكرار الموقع المستهدف. قد يختلف تسلسل القواعد في الموقع المستهدف لنفس العنصر القابل للنقل في مواقع مستهدفة مختلفة ، لكن عدد الأزواج الأساسية يظل ثابتًا لعنصر معين.

تتضمن عملية إدخال عنصر IS زوجًا من النكات المتداخلة على الجانبين المتعاكسين من خيوط الحمض النووي المستهدف مما ينتج عنه طرفان أحاديان متقطعان يتم ربط نسخة عنصر IS بهما.

نتيجة لذلك ، يتم إنشاء فجوتين في خيوط متقابلة من الحمض النووي المتلقي. يتم ملء الفجوات بواسطة بوليميريز الحمض النووي والليغاز. وبالتالي ، فإن عنصر IS المتكامل مع تكراراته الطرفية غير المباشرة يكون محاطًا على كلا الجانبين بتكرارين قصيرين مباشرين ينشأان من تتابع الهدف المضاعف (الشكل 9.80).

عنصر قابل للتحويل # 2. الينقولات (عناصر Tn):

الينقولات هي عناصر متحركة أكبر وأكثر تعقيدًا في التركيب من عناصر IS. تحتوي على جينات وظيفية بالإضافة إلى تلك المطلوبة للتبديل. تمنح هذه الجينات بشكل عام مقاومة للمضادات الحيوية.

تنقسم الينقولات إلى نوعين رئيسيين:

ينقولات مركبة و

تحتوي الينقولات المركبة على جزء مركزي يحتوي على جينات مقاومة الأدوية ويحيط بها من كلا الطرفين عناصر IS. عناصر IS من نفس النوع في الينقولات المعينة ويتم تحديدها على أنها IS-L (يسار) و IS-R (يمين). قد يتم توجيه عناصر IS في نفس الاتجاه أو في الاتجاه المعاكس. قد يكون الطول الإجمالي لليانقوسون عدة آلاف من النيوكليوتيدات.

إن الينقولات غير المركبة خالية من عناصر IS ، لكن لديها تكرارات معكوسة في كلا الطرفين ، مثل عناصر IS. وهي تختلف عن عناصر داعش في كونها أطول ولديها جينات لمقاومة الأدوية. يتم عرض خصائص بعض الينقولات في الجدول 9.6 ويتم تمثيل اثنين من الينقولات التمثيلية ، مركب واحد (Tn-5) وواحد غير مركب (Tn-3) بشكل تخطيطي في الشكل 9.81.

يمكن اعتبار الينقولات المركبة على أنها جزء من الحمض النووي الصبغي يحتوي على واحد أو أكثر من الجينات البكتيرية التي اكتسبت عنصري IS على كلا الجانبين ويمكن أن تتحرك كوحدة واحدة من موقع واحد للكروموسوم إلى آخر بمساعدة IS- عناصر.

من ناحية أخرى ، فإن الينقولات غير المركبة التي لا تحتوي على عناصر IS لديها جينات للتبديل في مقطعها المركزي كما هو موضح في Tn-3 في الشكل أعلاه. كلا النوعين من الينقولات يسببان ازدواجية في الموقع المستهدف مثل عناصر IS.

يظهر تكرار الموقع المستهدف وتكامل Tn-3 في الشكل 9.82:

عنصر قابل للتحويل # 3. نموذج الاندماج للتبديل:

يحدث انتقال الينقولات من نوع Tn-3 من البلازميد إلى الكروموسوم البكتيري ، أو العكس ، من خلال تكوين تكامل مشترك متبوعًا بدقته. في هذه العملية ، يتم تكرار الينقولات ويتلقى الحمض النووي المتلقي نسخة منه. الموقع المستهدف في المستلم ، كالعادة ، مكرر ويتم دمج الترانسبوزون بينهما.

تبدأ العملية بتكوين قطعتين منفردتين على جانبي العنصر القابل للنقل ، وكذلك على جانبي الموقع المستهدف. ثم يتم ربط نهايات الينقولات المكسورة بالنهايات المكسورة للمواقع المستهدفة ، مما يؤدي إلى إنشاء شوكتي نسخ متماثل. ينتج عن تخليق الحمض النووي من النهايات المفتوحة بواسطة بوليميراز الحمض النووي والربط تكوين تكامل مشترك.

يحتوي الدمج المشترك الآن على نسختين من الينقولات ونسختين من المواقع المستهدفة. يتبع ذلك إعادة التركيب بين خيوط الترانسبوزون ويتم حل الدمج المشترك لإنتاج الينقولات الأصلية المحتوية على البلازميد والحمض النووي المستلم الذي يحتوي على نسخة من الينقولات المحاطة بمواقع مستهدفة مكررة. تم عرض العملية بطريقة مبسطة في الشكل 9.82.

عنصر قابل للتحويل # 4. الينقولات المقترنة:

الينقولات المترافقة هي عناصر وراثية تشبه البلازميدات ذاتية الانتقال والتي ، مثل البلازميد F ، يمكن أن تندمج في الكروموسوم البكتيري ، أو قد تظل حرة في الخلية. لديهم أيضًا القدرة على تحريك البلازميدات غير القابلة للانتقال من خلية إلى أخرى عندما تندمج مع هذه البلازميدات.

عادة ، تظل الينقولات المقترنة مدمجة مع الكروموسوم البكتيري. من حين لآخر ، يتم استئصالها من الكروموسوم لتشكيل وسيط دائري ، يتم نقل نسخة منه إلى خلية متلقية ، على الأرجح من خلال جسر التزاوج ، تمامًا مثل البلازميد القابل للانتقال ذاتيًا.

يتم في النهاية دمج النسخة المنقولة إلى الخلية المتلقية في الكروموسوم. يمتلك الينقولات المترافقة موقع ارتباط يتم إدخاله به في الكروموسوم. يحدث تكرار الينقولات الحرة الدائرية عن طريق نموذج الدائرة المتدحرجة الناشئ من موقع ، OriT ، كما في حالة البلازميد الذاتي الانتقال ، مثل F.

تم العثور على الينقولات المقترنة في العديد من البكتيريا حيث تعمل كناقلات محتملة للجينات البكتيرية. يوضح الشكل 9.84 إرسال الينقولات المترافقة.

عنصر قابل للتحويل # 5. Integrons:

تمثل Integrons نوعًا من العناصر المتنقلة التي تمتلك القدرة على تجميع مجموعة من الجينات (كاسيت الجينات) والتي يمكن أن تتحرك كوحدة واحدة ولها مروج واحد. يحتوي الإكترون أيضًا على جين ينتج التكامل الذي يحفز التكامل الخاص بالموقع لمجموعة الجينات في الأنتغرون.

ترميز جيني آخر لـ transposase يتحكم في النقل الذي يتوسط حركة عدد صحيح من موقع إلى موقعه المستهدف. تمنح معظم الجينات الأخرى للعنقود مقاومة لمضادات حيوية مختلفة نظرًا لأن كل جينات المقاومة هذه يتحكم فيها نفس المروج ، فإنها تشكل أوبرونًا.

يظهر تمثيل تخطيطي للإكترون في الشكل. 9.85:

تشكل Integrons التي تحتوي على جينات مقاومة للأدوية تهديدًا كبيرًا لصحة الإنسان. عندما تكون موجودة في كائن مُمْرِض ، فإن الإكترون لا يجعل فقط العائل مقاومًا للمضادات الحيوية التي تتراكم جينات المقاومة لها بالفعل في الإكترون ، ولكنه يمتلك أيضًا إمكانية توسيع طيف المقاومة عن طريق إضافة جينات مقاومة جديدة.

تعتبر Integrons أكثر خطورة ، لأنها تتمتع بالقدرة على الانتقال إلى البلازميدات ذاتية الانتقال أو الينقولات المقترنة ، ومن ثم يمكن نقلها إلى مسببات الأمراض المحتملة الأخرى مما يجعلها مقاومة لجميع المضادات الحيوية التي توجد لها جينات المقاومة في الأنتغرون.

هناك جانب آخر مهم للاكترون الذي يحمل عددًا من الجينات المقاومة للأدوية. نظرًا لأن كل هذه الجينات يتم تنظيمها بواسطة نفس المروج ، فإن التعبير عن جين المقاومة الأول في الكاسيت يؤدي إلى التعبير عن جميع جينات المقاومة الأخرى.

على سبيل المثال ، إذا كان جين المقاومة الأول هو جين المقاومة للأمبيسيلين ، فإنه يتم التعبير عنه عند وجود الأمبيسلين في البيئة بتركيز يثبط البكتيريا الحساسة للأمبيسيلين. في الوقت نفسه ، يتم التعبير عن كل الجينات المقاومة ، على الرغم من عدم وجود المضادات الحيوية الأخرى في البيئة. في حالة نقل مثل هذا الإكترون إلى بلازميد قابل للانتقال ذاتيًا مثل R-plasmid ، فإنه يخلق مشكلة سريرية كبيرة.

عنصر قابل للتحويل # 6. الطفرات ينقل:

نحن نعلم أن تسلسلات الإدخال أو الينقولات قد تؤدي إلى حدوث طفرة عندما يتم دمجها في موقع مستهدف يقع داخل الجين ، أو في التسلسل التنظيمي للحمض النووي الذي يتحكم في الجين. عندما يتم إدخال عنصر قابل للتبديل في الجين ، يتم تعطيل إطار القراءة. نتيجة لذلك ، ينتج عن نسخ الجين مرسال خاطئ ويصبح البروتين المنتج من هذا المرسال غير فعال.

يمكن تحديد طفرة الينقولات في الكائن الحي إذا كان الينقول يحمل علامة ، مثل تلك الخاصة بمقاومة المضادات الحيوية ، وإذا كان للجين الذي تم إدخال الينقولات فيه وظيفة معروفة. لإحداث طفرة الينقولات ، يتم إدخال الينقولات في البداية في البلازميد.

يتم بعد ذلك نقل البلازميد المحتوي على الينقولات المدمجة إلى البكتيريا المضيفة عن طريق التحول. الآن ، إذا تم إدخال الينقولات في الكروموسوم المضيف في الموقع حيث يوجد الجين المختار ، يفقد الجين وظيفته الطبيعية.

يمكن اختيار الطفرة الناتجة عن الينقولات (طفرة الينقولات) من عدد كبير من السكان بمساعدة علامة مقاومة المضادات الحيوية التي يحملها الينقولات. مثال يمكن أن يوضح اختيار هذه المسوخ.

السلالة البكتيرية قادرة على استخدام كل من الجلوكوز والسكروز كمصادر للكربون. عندما ينمو على السكروز ، فإنه يتحلل مائي الركيزة مع إنزيم سكراز (إنفرتيز) إلى الجلوكوز والفركتوز. الجين المختار هنا هو ذلك الترميز لهذا الإنزيم الذي ، عند تحوره ، يجعل الكائن الحي غير قادر على استخدام السكروز ، على الرغم من أنه لا يزال بإمكانه النمو على الجلوكوز.

الآن ، إذا تم إدخال ترانسبوزون يحمل علامة مقاومة التتراسيكلين في الجين الذي يتحكم في تخليق السكراز ، يصبح المتحور مقاومًا للتتراسيكلين ، كما أنه يصبح غير قادر على استخدام السكروز. من بين عدد كبير من السكان ، يمكن التعرف على هذه الطفرات السالبة للسكراز من خلال مقارنة لوحات وسط السكروز المحتوية على التتراسيكلين ووسط الجلوكوز المحتوي على التتراسيكلين. ستكون المستعمرات السلبية للسكراز غائبة في ألواح السكروز ، ولكنها موجودة في ألواح الجلوكوز.

يظهر اختيار هذه الطفرات التي يسببها الينقول بشكل تخطيطي في الشكل 9.86:

عنصر قابل للتحويل # 7. تبديل الجراثيم Mu:

Bacteriophage Mu هو عاثية معتدلة من E. coli لها جينوم DNA خطي مزدوج الشريطة 38 كيلو بايت. مثل العاثيات المعتدلة الأخرى ، يمكن أن يكون لها إما دورة ليتي أو مسار ليسوجينيك. تمتلك العاثية القدرة على دمج جينومها في الكروموسوم البكتيري دون أي خصوصية للموقع. يتسبب هذا الإدخال العشوائي لجينوم العاثيات في الكروموسوم البكتيري في حدوث طفرة ، ومن ثم ، فإن اسم العاثية (يرمز Mu إلى المتحور). لذلك ، يعتبر Phage Mu بمثابة عامل قابل للنقل.

يمكن أن نتذكر أن العاثية المعتدلة ، عند إصابة بكتيريا مضيفة ، يمكنها دمج جينومها في كروموسوم الخلية المضيفة ، مما يجعل المضيف ليسوسوجين. قد يستمر جينوم العاثيات كنبوة في الكروموسوم المضيف لعدة أجيال.

عند الاستقراء ، إما تلقائيًا أو بواسطة عامل خارجي مثل الأشعة فوق البنفسجية ، يتم استئصال الجرثومة وتبدأ الدورة اللايتية عن طريق إنتاج جينوم الملتهمة وبروتينات الملتهمة. في حالة phage Mu ، لا يؤدي الاستقراء إلى استئصال النبوة.

عندما تصيب العاثية Mu خلية E. coli ، يتم دمج DNA phage في DNA المضيف بشكل عشوائي ، ولكن بتردد منخفض. ومع ذلك ، عندما يتم حث النبضة على الدخول في دورة lytic ، يزداد تواتر الاندماج في DNA المضيف بشكل كبير. تم تعيين هذا على أنه تبديل مكرر.

يبدو أن نسخ DNA phage التي يتم إنتاجها عن طريق النسخ المتماثل يمكن أن تتكامل بكفاءة أعلى في الكروموسوم المضيف في مواقع متعددة مما يؤدي إلى حدوث طفرة في جينات المضيف. في النهاية ، يتم تصنيع البروتينات المشفرة بالعاثية ويتم تجميع جزيئات الملتهمة الجديدة وإطلاقها عن طريق تحلل الخلايا المضيفة لإكمال الدورة التحليلية.

الآلية الدقيقة للتبديل بواسطة فج مو ليست مفهومة جيدًا بعد. يمكن أن تكون الطفرات التي يسببها التحويل بواسطة Mu من أنواع مختلفة بما في ذلك عمليات الحذف وانقلاب أجزاء الحمض النووي للكروموسوم المضيف.

يظهر هيكل البكتيريا Mu في الشكل 9.87:

تحدث عمليات الحذف أو الانقلاب في كروموسوم المضيف عندما يتم دمج جينومين Mu في نفس الكروموسوم ويتم إعادة التركيب المتماثل بين جينومات Mu.


محتويات

اكتشفت Barbara McClintock أول TEs في الذرة (زيا ميس) في مختبر كولد سبرينغ هاربور في نيويورك. كانت مكلينتوك تجرِّب نباتات الذرة التي تكسر الكروموسومات. [5]

في شتاء 1944-1945 ، زرعت مكلينتوك حبات الذرة التي تم تلقيحها ذاتيًا ، مما يعني أن حرير (نمط) الزهرة تلقى حبوب اللقاح من العضو الآخر. [5] جاءت هذه الحبوب من سلسلة طويلة من النباتات التي تم تلقيحها ذاتيًا ، مما تسبب في كسر الأذرع في نهاية كروموسوماتها التاسعة. [5] عندما بدأت نباتات الذرة بالنمو ، لاحظت مكلينتوك وجود أنماط ألوان غير عادية على الأوراق. [5] على سبيل المثال ، تحتوي الورقة الواحدة على بقعتين من الألبينو متطابقتين الحجم تقريبًا تقعان جنبًا إلى جنب على الورقة. [5] افترض مكلينتوك أنه أثناء انقسام الخلايا ، فقدت بعض الخلايا المادة الجينية ، بينما اكتسبت خلايا أخرى ما فقدته. [6] ومع ذلك ، عند مقارنة كروموسومات الجيل الحالي من النباتات بالجيل الأم ، وجدت أن أجزاء معينة من الكروموسوم قد تغير موقعها. [6] هذا دحض النظرية الجينية الشائعة في ذلك الوقت بأن الجينات مثبتة في موقعها على الكروموسوم. وجدت McClintock أن الجينات لا يمكنها فقط التحرك ، ولكن يمكن أيضًا تشغيلها أو إيقاف تشغيلها بسبب ظروف بيئية معينة أو خلال مراحل مختلفة من تطور الخلية. [6]

أظهرت مكلينتوك أيضًا أن الطفرات الجينية يمكن عكسها. [7] قدمت تقريرها عن النتائج التي توصلت إليها في عام 1951 ، ونشرت مقالًا عن اكتشافاتها في علم الوراثة في نوفمبر 1953 بعنوان "تحريض عدم الاستقرار في مناطق مختارة في الذرة". [8]

في عام 1951 في ندوة كولد سبرينغ هاربور حيث نشرت نتائجها لأول مرة ، قوبل حديثها بصمت تام. [9] تم رفض عملها وتجاهلها إلى حد كبير حتى أواخر الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي عندما تم اكتشاف TEs في البكتيريا بعد اكتشافها. [10] حصلت على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب عام 1983 لاكتشافها الـ TEs ، بعد أكثر من ثلاثين عامًا من بحثها الأولي. [11]

يتكون ما يقرب من 64٪ من جينوم الذرة من TEs ، [12] [13] كما هو الحال مع 44٪ من الجينوم البشري. [14]

تمثل العناصر القابلة للتحويل نوعًا من عدة أنواع من العناصر الوراثية المتنقلة. يتم تخصيص TEs لواحد من فئتين وفقًا لآلية التحويل الخاصة بهم ، والتي يمكن وصفها بأي منهما نسخ و لصق (الفئة الأولى TEs) أو قص و لصق (الفئة الثانية TEs). [15]

تحرير Retrotransposon

يتم نسخ الفئة الأولى من TEs على مرحلتين: أولاً ، يتم نسخها من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي ، ثم يتم نسخ الحمض النووي الريبي المنتج إلى الحمض النووي. ثم يتم إدخال هذا الحمض النووي المنسوخ مرة أخرى في الجينوم في موضع جديد. يتم تحفيز خطوة النسخ العكسي بواسطة النسخ العكسي ، والذي غالبًا ما يتم ترميزه بواسطة TE نفسها. تتشابه خصائص الينقولات العكسية مع الفيروسات القهقرية ، مثل فيروس نقص المناعة البشرية.

عادة ما يتم تجميع الينقولات العكسية في ثلاثة أوامر رئيسية:

  • الينقولات العكسية ، مع التكرارات الطرفية الطويلة (LTRs) ، والتي تشفر النسخ العكسي ، على غرار الفيروسات القهقرية
  • Retroposons ، العناصر النووية الطويلة المتناثرة (LINEs ، LINE-1s ، أو L1s) ، التي تشفر النسخ العكسي ولكنها تفتقر إلى LTRs ، ويتم نسخها بواسطة RNA polymerase II (SINEs) لا تشفر النسخ العكسي ويتم نسخها بواسطة RNA polymerase III

(يمكن أيضًا اعتبار الفيروسات القهقرية TEs. على سبيل المثال ، بعد تحويل الحمض النووي الريبي الفيروسي إلى DNA داخل الخلية المضيفة ، يتم دمج الحمض النووي الفيروسي المنتج حديثًا في جينوم الخلية المضيفة. ويطلق على هذه DNA المدمجة اسم طليعة. الفيروس الأولي هو شكل متخصص من الينقولات الرجعية حقيقية النواة ، والتي يمكن أن تنتج وسيطات الحمض النووي الريبي التي قد تترك الخلية المضيفة وتصيب الخلايا الأخرى. تتشابه دورة تبديل الفيروسات القهقرية مع تلك الموجودة في TEs بدائية النواة ، مما يشير إلى وجود علاقة بعيدة بين الاثنين.)

تنقولات الحمض النووي تحرير

لا تتضمن آلية نقل القص واللصق للفئة II TEs وسيطًا من الحمض النووي الريبي. يتم تحفيز التبديلات بواسطة عدة إنزيمات ترانسبوزيز. بعض عمليات النقل غير مرتبطة على وجه التحديد بأي موقع مستهدف في الحمض النووي ، بينما يرتبط البعض الآخر بتسلسلات مستهدفة محددة. يقوم ال transposase بعمل قطع متداخلة في الموقع المستهدف مما ينتج عنه نهايات لزجة ، ويقطع ينقل الحمض النووي ويربطه في الموقع المستهدف. يملأ بوليميراز الدنا الفجوات الناتجة من النهايات اللاصقة ويغلق DNA ligase العمود الفقري للسكر والفوسفات. ينتج عن هذا تكرار الموقع المستهدف ويمكن تحديد مواقع إدخال ترانسبوزونات الحمض النووي عن طريق التكرارات المباشرة القصيرة (قطع متدرج في الحمض النووي المستهدف المملوء ببوليميراز الحمض النووي) متبوعًا بالتكرارات المقلوبة (والتي تعد مهمة لاستئصال TE عن طريق الترانسبوزيز).

قد يتم تكرار عمليات قص ولصق TEs إذا حدث نقلها خلال المرحلة S من دورة الخلية ، عندما يكون موقع المتبرع قد تم نسخه بالفعل ولكن لم يتم تكرار الموقع المستهدف بعد. [17] مثل هذه الازدواجية في الموقع المستهدف يمكن أن تؤدي إلى ازدواجية الجينات ، والتي تلعب دورًا مهمًا في التطور الجيني. [18]: 284

لا تنتقل كل ترانسبوزونات الحمض النووي من خلال آلية القص واللصق. في بعض الحالات ، يتم ملاحظة التحويل المتماثل حيث يقوم الينقولات بتكرار نفسه إلى موقع مستهدف جديد (على سبيل المثال helitron).

تشتمل الفئة الثانية من TEs على أقل من 2٪ من الجينوم البشري ، مما يجعل الباقي من الدرجة الأولى. [19]

تحرير مستقل وغير مستقل

يمكن تصنيف التحويل على أنه "مستقل" أو "غير مستقل" في كل من الصنف الأول والفئة الثانية TEs. يمكن لـ TEs المستقلة التحرك من تلقاء نفسها ، في حين تتطلب TEs غير المستقلة وجود TE آخر للتحرك. هذا غالبًا لأن TEs التابعة تفتقر إلى الترانسبوزيز (للفئة الثانية) أو النسخ العكسي (للفئة الأولى).

عنصر المنشط (مكيف) هو مثال على TE المستقل وعناصر التفكك (د) هو مثال على TE غير المستقلة. بدون مكيف د غير قادر على تبديل.

أظهرت الاكتشافات الجديدة للعناصر القابلة للنقل التوزيع الدقيق لـ TEs فيما يتعلق بمواقع بدء النسخ (TSSs) والمعززات. وجدت دراسة حديثة أن المروج يحتوي على 25٪ من المناطق التي تؤوي TEs. من المعروف أن TEs الأقدم لا توجد في مواقع TSS لأن تردد TEs يبدأ كدالة بمجرد وجود مسافة من TSS. النظرية المحتملة لهذا هي أن TEs قد تتداخل مع توقف النسخ أو التضفير الأول للمقدمة. [20] كما ذكرنا سابقًا ، فإن وجود TEs المغلقة بواسطة مواقع TSS مرتبط بعمرها التطوري (عدد الطفرات المختلفة التي يمكن أن تتطور TEs خلال ذلك الوقت).

  • تم اكتشاف أول TEs في الذرة (زيا ميس) بقلم باربرا مكلينتوك عام 1948 ، وحصلت لاحقًا على جائزة نوبل. لاحظت عمليات إدخال الكروموسومات ، والحذف ، والانتقالات التي تسببها هذه العناصر. يمكن أن تؤدي هذه التغييرات في الجينوم ، على سبيل المثال ، إلى تغيير في لون حبات الذرة. يتكون حوالي 85٪ من جينوم الذرة من TEs. [21] نظام Ac / Ds الذي وصفه McClintock هو من الفئة II TEs. بيكر (Plant Transposable Elements، pp 161–174، 1988، Plenum Publishing Corp.، ed. Nelson).
  • في الكائنات الحية الدقيقة في البركة ، Oxytricha، تلعب TEs دورًا حاسمًا أنه عند إزالتها ، يفشل الكائن الحي في التطور. [22]
  • عائلة واحدة من TEs في ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة سوداء البطن وتسمى عناصر ف. يبدو أنها ظهرت لأول مرة في الأنواع فقط في منتصف القرن العشرين خلال الخمسين عامًا الماضية ، وانتشرت في كل مجموعة من الأنواع. كان جيرالد م.روبن وألان سي سبرادلينج رائدين في التكنولوجيا لاستخدام عناصر P الاصطناعية لإدخال الجينات فيها ذبابة الفاكهة عن طريق حقن الجنين. [23] [24] [25]
  • في البكتيريا ، تحمل TE عادةً جينًا إضافيًا لوظائف أخرى غير التحويل ، غالبًا لمقاومة المضادات الحيوية. في البكتيريا ، يمكن أن تقفز الينقولات من الحمض النووي الكروموسومي إلى DNA البلازميد والعكس ، مما يسمح بالنقل والإضافة الدائمة للجينات مثل تلك التي تشفر مقاومة المضادات الحيوية (يمكن إنشاء سلالات بكتيرية مقاومة للمضادات الحيوية المتعددة بهذه الطريقة). تنتمي الينقولات البكتيرية من هذا النوع إلى عائلة Tn. عندما تفتقر العناصر القابلة للنقل إلى جينات إضافية ، تُعرف باسم تسلسلات الإدراج.
  • في البشر ، أكثر TE شيوعًا هو تسلسل Alu. يبلغ طولها حوالي 300 قاعدة ويمكن العثور عليها بين 300000 ومليون مرة في الجينوم البشري. ألو وحدها تشكل 15-17٪ من الجينوم البشري. [19] هي فئة بارزة أخرى من الينقولات الموجودة في أنواع متعددة ، بما في ذلك البشر. اكتشف جاكوبسون وهارتل في مارينر ترانسبوسون ذبابة الفاكهة. [26] يُعرف هذا العنصر القابل للنقل من الفئة الثانية بقدرته الخارقة على الانتقال أفقيًا في العديد من الأنواع. [27] [28] هناك ما يقدر بـ 14000 نسخة من Mariner في الجينوم البشري تضم 2.6 مليون زوج أساسي. [29] تم العثور على الينقولات الملاحية الأولى خارج الحيوانات في المشعرات المهبلية. [30] ألهمت هذه الخصائص من ترانسبوسون مارينر رواية الخيال العلمي مشروع مارينر بواسطة بوب مار. التحويل هو المثال الأكثر شهرة للتبديل التكراري.
  • في جينومات الخميرة ، (خميرة الخميرة) هناك خمس عائلات مختلفة: Ty1 و Ty2 و Ty3 و Ty4 و Ty5. [31]
  • الهليترون هو عبارة عن TE موجود في حقيقيات النوى يُعتقد أنه يتكاثر بواسطة آلية دائرة دائرية.
  • في الأجنة البشرية ، يتم الجمع بين نوعين من الينقولات لتشكيل الحمض النووي الريبي غير المشفر الذي يحفز نمو الخلايا الجذعية. خلال المراحل المبكرة من نمو الجنين ، تتوسع كتلة الخلايا الداخلية للجنين مع تعداد هذه الخلايا الجذعية. تعد زيادة هذا النوع من الخلايا أمرًا بالغ الأهمية ، لأن الخلايا الجذعية تتغير فيما بعد وتؤدي إلى ظهور جميع الخلايا في الجسم.
  • في العث المرقط ، تسبب ترانسبوزون في جين يسمى القشرة المخية في تحول أجنحة العث إلى اللون الأسود تمامًا. ساعد هذا التغيير في اللون العث على الاندماج مع الرماد والمناطق المغطاة بالسخام خلال الثورة الصناعية.

تعايشت الينقولات مع حقيقيات النوى لآلاف السنين ، ومن خلال تعايشها أصبحت مندمجة في جينومات العديد من الكائنات الحية. يُعرف بالعامية باسم "الجينات القافزة" ، يمكن أن تتحرك الينقولات داخل الجينوم وفيما بينها مما يسمح بهذا التكامل.

في حين أن هناك العديد من الآثار الإيجابية للترانسبوزونات في جينومات عائلها حقيقية النواة ، إلا أن هناك بعض الحالات من التأثيرات الطفرية التي تحدثها TEs على الجينوم مما يؤدي إلى المرض والتغيرات الجينية الخبيثة. [32]

تحرير آليات الطفرات

تعتبر TEs مطفرة وبسبب المساهمة في تكوين عناصر DNA جديدة منظمة رابطة الدول المستقلة والتي ترتبط بالعديد من عوامل النسخ الموجودة في الخلايا الحية TEs يمكن أن تخضع للعديد من الطفرات والتعديلات التطورية. غالبًا ما تكون هذه أسباب مرض وراثي ، وتعطي الآثار المميتة المحتملة للتعبير خارج الرحم. [33]

يمكن لـ TEs إتلاف جينوم الخلية المضيفة بطرق مختلفة: [32]

  • يمكن أن يؤدي الينقولات أو الينقولات العكسية التي تدخل نفسها في جين وظيفي إلى تعطيل هذا الجين.
  • بعد أن يترك ينقل الحمض النووي الجين ، قد لا يتم إصلاح الفجوة الناتجة بشكل صحيح
  • يمكن أن تعيق النسخ المتعددة من نفس التسلسل ، مثل تسلسلات Alu ، الاقتران الكروموسومي الدقيق أثناء الانقسام والانقسام الاختزالي ، مما يؤدي إلى تقاطعات غير متكافئة ، وهو أحد الأسباب الرئيسية لازدواج الكروموسوم.

تستخدم TEs عددًا من الآليات المختلفة لإحداث عدم الاستقرار الوراثي والمرض في جينومات مضيفها.

  • التعبير عن مرض يسبب تلف البروتينات التي تثبط الوظيفة الخلوية الطبيعية.
    • تحتوي العديد من TEs على محفزات تؤدي إلى نسخ الترانسبوزيز الخاص بها. يمكن أن تسبب هذه المحفزات تعبيرًا شاذًا عن الجينات المرتبطة ، مما يسبب المرض أو الأنماط الوراثية الطافرة. [34]

    تشمل الأمراض التي غالبًا ما تسببها TEs

      أ و ب
      • LINE1 (L1) لقد ثبت أن الهبوط على العامل البشري الثامن يسبب الهيموفيليا [35]
      • يؤدي إدخال L1 في جين APC إلى سرطان القولون ، مما يؤكد أن TEs تلعب دورًا مهمًا في تطور المرض. [36]
      • يؤدي إدخال عنصر Alu في جين PBGD إلى التداخل مع منطقة التشفير ويؤدي إلى البورفيريا الحادة المتقطعة [37] (AIP).
      • تم ربط LINE1 (L1) TE و retrotransposons الأخرى بالسرطان لأنها تسبب عدم الاستقرار الجيني. [35]
      • ناتج عن إدخال عنصر قابل للتبديل SVA في جين fukutin (FKTN) الذي يجعل الجين غير نشط. [35]
      • يمكن أن يتسبب عدم انتظام العناصر القابلة للتحويل في موت الخلايا العصبية ، مما يؤدي إلى اضطرابات التنكس العصبي [40]

      قدرت إحدى الدراسات معدل تبديل الينقيع الرجعي المعين ، وهو عنصر Ty1 في خميرة الخميرة. باستخدام عدة افتراضات ، كان معدل حدث التحويل الناجح لكل عنصر Ty1 واحدًا تقريبًا مرة كل بضعة أشهر إلى مرة كل بضع سنوات. [41] تحتوي بعض TEs على محفزات شبيهة بالصدمات الحرارية ويزيد معدل انتقالها إذا تعرضت الخلية للإجهاد ، [42] وبالتالي يزيد معدل الطفرات في ظل هذه الظروف ، مما قد يكون مفيدًا للخلية.

      تدافع الخلايا عن تكاثر TEs بعدة طرق. وتشمل هذه piRNAs و siRNAs ، [43] التي تُسكِت TEs بعد نسخها.

      إذا كانت الكائنات الحية تتكون في الغالب من TEs ، فقد يفترض المرء أن المرض الناجم عن TEs في غير محله أمر شائع جدًا ، ولكن في معظم الحالات يتم إسكات TEs من خلال آليات الوراثة اللاجينية مثل مثيلة الحمض النووي وإعادة تشكيل الكروماتين و piRNA ، مثل تأثيرات النمط الظاهري أو حركات تحدث TEs كما هو الحال في بعض النباتات البرية من النوع TEs. تم العثور على بعض النباتات الطافرة لديها عيوب في الإنزيمات المرتبطة بالميثيل (ميثيل ترانسفيراز) والتي تسبب نسخ TEs ، وبالتالي تؤثر على النمط الظاهري. [4] [44]

      تقترح إحدى الفرضيات أن ما يقرب من 100 تسلسل مرتبط بـ LINE1 فقط نشط ، على الرغم من أن تسلسلها يشكل 17 ٪ من الجينوم البشري. في الخلايا البشرية ، يتم تشغيل إسكات تسلسل LINE1 بواسطة آلية تداخل RNA (RNAi). من المثير للدهشة أن تسلسلات RNAi مشتقة من المنطقة غير المترجمة 5 '(UTR) من LINE1 ، وهي محطة طويلة تكرر نفسها. من المفترض أن 5 'LINE1 UTR الذي يرمز لمحفز الإحساس لنسخ LINE1 يشفر أيضًا المروج المضاد للميرنا الذي يصبح الركيزة لإنتاج siRNA. أظهر تثبيط آلية إسكات RNAi في هذه المنطقة زيادة في نسخ LINE1. [4] [45]

      توجد TEs في جميع أشكال الحياة تقريبًا ، ولا يزال المجتمع العلمي يستكشف تطورها وتأثيرها على تطور الجينوم. من غير الواضح ما إذا كانت TEs نشأت في آخر سلف مشترك عالمي ، أو نشأت بشكل مستقل عدة مرات ، أو نشأت مرة واحدة ثم انتشرت إلى ممالك أخرى عن طريق نقل الجينات الأفقي. [46] بينما تمنح بعض TEs فوائد لمضيفيها ، يُنظر إلى معظمها على أنها طفيليات DNA أنانية. بهذه الطريقة ، فهي تشبه الفيروسات. تشترك الفيروسات المختلفة و TEs أيضًا في ميزات في هياكل الجينوم والقدرات الكيميائية الحيوية ، مما يؤدي إلى تكهنات بأنهم يشتركون في سلف مشترك. [47]

      نظرًا لأن نشاط TE المفرط يمكن أن يتلف الإكسونات ، فقد اكتسبت العديد من الكائنات الحية آليات لتثبيط نشاطها. قد تخضع البكتيريا لمعدلات عالية من حذف الجينات كجزء من آلية لإزالة TEs والفيروسات من جينوماتها ، بينما تستخدم الكائنات حقيقية النواة عادةً تداخل RNA لتثبيط نشاط TE. ومع ذلك ، فإن بعض TEs تولد عائلات كبيرة غالبًا ما ترتبط بأحداث الانتواع. غالبًا ما يعطل التطور ترانسبوزونات الحمض النووي ، تاركًا إياها كإنترونات (تسلسلات جينية غير نشطة). في الخلايا الحيوانية الفقارية ، ما يقرب من 100000+ ترانسبوزونات DNA لكل جينوم لها جينات تقوم بترميز polypeptides غير النشطة. [48] ​​أول ترانسبوزون اصطناعي مصمم للاستخدام في خلايا الفقاريات (بما في ذلك الإنسان) ، وهو نظام الترانسبوزون النائم ، وهو عبارة عن ترانسبوزون يشبه Tc1 / بحار. تنتشر نسخه الميتة ("الأحفورية") على نطاق واسع في جينوم السلمون ، وتم تصميم نسخة وظيفية من خلال مقارنة تلك الإصدارات. [49] تنقسم الينقولات البشرية الشبيهة بـ Tc1 إلى عائلتين فرعيتين Hsmar1 و Hsmar2. على الرغم من أن كلا النوعين غير نشطين ، إلا أن نسخة واحدة من Hsmar1 الموجودة في جين SETMAR قيد الاختيار لأنها توفر ارتباطًا بالحمض النووي للبروتين المعدل للهيستون. [50] العديد من الجينات البشرية الأخرى مشتقة بالمثل من الينقولات. [51] أعيد بناء Hsmar2 عدة مرات من تسلسل الحفريات. [52]

      ومع ذلك ، قد تظل الكميات الكبيرة من TEs داخل الجينوم تقدم مزايا تطورية. يتم إنشاء التكرارات المتناثرة داخل الجينوم من خلال أحداث التحويل المتراكمة على مدار الزمن التطوري. نظرًا لأن التكرارات المتقطعة تمنع التحويل الجيني ، فإنها تحمي التسلسلات الجينية الجديدة من الكتابة فوقها بتسلسلات جينية مماثلة ، وبالتالي تسهل تطوير جينات جديدة. قد يكون قد تم أيضًا اختيار TEs بواسطة جهاز المناعة الفقاري كوسيلة لإنتاج تنوع الأجسام المضادة. يعمل نظام إعادة التركيب V (D) J بواسطة آلية مشابهة لتلك الخاصة ببعض TEs. تعمل TEs أيضًا على إنشاء تسلسلات متكررة يمكن أن تشكل dsRNA لتكون بمثابة ركيزة لعمل ADAR في تحرير RNA. [53]

      يمكن أن تحتوي TEs على العديد من أنواع الجينات ، بما في ذلك تلك التي تمنح مقاومة المضادات الحيوية والقدرة على التحول إلى البلازميدات المقترنة. تحتوي بعض TEs أيضًا على عناصر وراثية يمكنها التقاط الجينات من مصادر أخرى والتعبير عنها. تحتوي هذه على مجموعة متكاملة ، والتي يمكن أن تدمج أشرطة الجينات. يوجد أكثر من 40 جينة مقاومة للمضادات الحيوية تم تحديدها على الكاسيت ، بالإضافة إلى جينات الفوعة.

      لا تقوم الينقولات دائمًا باستئصال عناصرها بدقة ، وأحيانًا تزيل أزواج القاعدة المجاورة ، وتسمى هذه الظاهرة خلط exon. يمكن أن يؤدي خلط اثنين من exons غير المرتبطين إلى إنشاء منتج جيني جديد أو ، على الأرجح ، intron. [54]

      الدافع التطوري لـ TEs في السياق الجيني تحرير

      هناك فرضية تنص على أن TEs قد توفر مصدرًا جاهزًا للحمض النووي يمكن للخلية أن تختاره للمساعدة في تنظيم التعبير الجيني. أظهرت الأبحاث أن العديد من الأنماط المتنوعة للتطور المشترك لـ TEs جنبًا إلى جنب مع بعض عوامل النسخ التي تستهدف العناصر الجينومية والكروماتين المرتبطة بـ TE تتطور من تسلسل TE. في معظم الأحيان ، لا تتبع هذه الأوضاع المعينة النموذج البسيط لـ TEs وتنظيم التعبير الجيني للمضيف. [55]

      يمكن تسخير العناصر القابلة للتحويل في المختبرات وإعدادات البحث لدراسة جينومات الكائنات الحية وحتى هندسة التسلسلات الجينية. يمكن تقسيم استخدام العناصر القابلة للنقل إلى فئتين: للهندسة الوراثية وكأداة وراثية.

      تحرير الهندسة الوراثية

      • تستخدم الطفرات الإدراجية ميزات TE لإدخال تسلسل. في معظم الحالات ، يتم استخدام هذا لإزالة تسلسل الحمض النووي أو التسبب في حدوث طفرة في الإطارات.
        • في بعض الحالات ، يمكن أن يؤدي إدخال TE في الجين إلى تعطيل وظيفة هذا الجين بطريقة قابلة للعكس حيث يؤدي الاستئصال بوساطة transposase من ترانسبوزون DNA إلى استعادة وظيفة الجين.
        • ينتج عن ذلك نباتات تحتوي فيها الخلايا المجاورة على أنماط وراثية مختلفة.
        • تسمح هذه الميزة للباحثين بالتمييز بين الجينات التي يجب أن تكون موجودة داخل الخلية لتعمل (ذاتية الخلية) والجينات التي تنتج تأثيرات ملحوظة في الخلايا غير تلك التي يتم التعبير عن الجين فيها.

        تحرير الأداة الجينية

        بالإضافة إلى الصفات المذكورة في الهندسة الوراثية ، فهي أداة وراثية أيضًا: -

        • يستخدم لتحليل التعبير الجيني وعمل البروتين في الطفرات التي تحمل علامات التوقيع.
          • تتيح هذه الأداة التحليلية للباحثين القدرة على تحديد التعبير الظاهري للتسلسل الجيني. أيضًا ، تعمل هذه التقنية التحليلية على تغيير موضع الاهتمام المطلوب بحيث يمكن مقارنة الأنماط الظاهرية للجين الأصلي والجين المتحور.

          تحرير تطبيقات محددة

          • تعتبر TEs أيضًا أداة مستخدمة على نطاق واسع لطفرات معظم الكائنات الحية القابلة للتجربة. تم استخدام نظام ترانسبوسون النائم على نطاق واسع كعلامة إدخال لتحديد جينات السرطان. [56]
          • فئة Tc1 / mariner من TEs Sleeping Beauty Transposon ، التي حصلت على جائزة جزيء العام في عام 2009 ، [57] نشطة في خلايا الثدييات ويتم فحصها لاستخدامها في العلاج الجيني البشري. [58] [59] [60]
          • تُستخدم TEs لإعادة بناء الأنساب عن طريق تحليلات الوجود / الغياب. [61] يمكن أن تعمل الينقولات كطفرة بيولوجية في البكتيريا.
          • الكائنات الحية الشائعة التي تم تطوير استخدام الينقولات فيها جيدًا هي:
            • ذبابة الفاكهة[62]
            • نبات الأرابيدوبسيس thaliana[44]
            • الإشريكية القولونية

            من جديد تحديد التكرار هو مسح أولي لبيانات التسلسل الذي يسعى للعثور على المناطق المتكررة في الجينوم ، وتصنيف هذه التكرارات. توجد العديد من برامج الكمبيوتر لأداء من جديد كرر تحديد الهوية ، وكلها تعمل وفقًا لنفس المبادئ العامة. [57] نظرًا لأن التكرارات الترادفية القصيرة تكون عمومًا من 1 إلى 6 أزواج أساسية في الطول وغالبًا ما تكون متتالية ، فإن تحديدها بسيط نسبيًا.[56] من ناحية أخرى ، تعد العناصر المتكررة المشتتة أكثر صعوبة في التعرف عليها ، نظرًا لحقيقة أنها أطول وغالبًا ما اكتسبت طفرات. ومع ذلك ، من المهم تحديد هذه التكرارات لأنها غالبًا ما تكون عناصر قابلة للنقل (TEs). [57]

            من جديد يتضمن تحديد الينقولات ثلاث خطوات: 1) العثور على جميع التكرارات داخل الجينوم ، 2) بناء إجماع لكل عائلة من المتواليات ، و 3) تصنيف هذه التكرارات. هناك ثلاث مجموعات من الخوارزميات للخطوة الأولى. يشار إلى مجموعة واحدة باسم نهج k-mer ، حيث k-mer هو سلسلة من الطول k. في هذا النهج ، يتم فحص الجينوم بحثًا عن k-mers ممثلون بشكل زائد ، أي k-mers التي تحدث في كثير من الأحيان أكثر مما هو مرجح على الأرجح على أساس الاحتمال وحده. يتم تحديد الطول k حسب نوع الينقولات التي يتم البحث عنها. يسمح نهج k-mer أيضًا بحالات عدم التطابق ، والتي يتم تحديد عددها من قبل المحلل. تستخدم بعض برامج نهج k-mer k-mer كقاعدة ، وتمدد طرفي كل k-mer متكرر حتى لا يوجد المزيد من التشابه بينهما ، مما يشير إلى نهايات التكرارات. [57] مجموعة أخرى من الخوارزميات تستخدم طريقة تسمى المقارنة الذاتية للتسلسل. تستخدم برامج المقارنة الذاتية للتسلسل قواعد بيانات مثل AB-BLAST لإجراء محاذاة تسلسلية أولية. نظرًا لأن هذه البرامج تجد مجموعات من العناصر التي تتداخل جزئيًا ، فإنها مفيدة في العثور على الينقولات شديدة التباعد ، أو الينقولات مع منطقة صغيرة فقط منسوخة في أجزاء أخرى من الجينوم. [58] مجموعة أخرى من الخوارزميات تتبع نهج الدورية. تقوم هذه الخوارزميات بإجراء تحويل فورييه على بيانات التسلسل ، وتحديد الفترات الزمنية ، والمناطق التي تتكرر بشكل دوري ، وتكون قادرة على استخدام القمم في الطيف الناتج للعثور على العناصر المتكررة المرشحة. تعمل هذه الطريقة بشكل أفضل مع التكرارات الترادفية ، ولكن يمكن استخدامها للتكرارات المتفرقة أيضًا. ومع ذلك ، فهي عملية بطيئة ، مما يجعلها خيارًا غير مرجح لتحليل مقياس الجينوم. [57]

            الخطوة الثانية من من جديد يتضمن تكرار تحديد الهوية بناء إجماع لكل عائلة من المتتاليات. تسلسل الإجماع هو تسلسل يتم إنشاؤه بناءً على التكرارات التي تشكل عائلة TE. الزوج الأساسي في الإجماع هو الذي يحدث غالبًا في التسلسلات التي تتم مقارنتها لتحقيق الإجماع. على سبيل المثال ، في عائلة مكونة من 50 تكرارًا حيث يكون لدى 42 زوج قاعدة T في نفس الموضع ، فإن تسلسل الإجماع سيكون له T في هذا الموضع أيضًا ، حيث أن الزوج الأساسي يمثل الأسرة ككل في ذلك الموضع المعين ، وهو على الأرجح الزوج الأساسي الموجود في سلف العائلة في ذلك الموضع. [57] بمجرد التوصل إلى تسلسل إجماعي لكل عائلة ، يمكن بعد ذلك الانتقال إلى مزيد من التحليل ، مثل تصنيف TE وإخفاء الجينوم من أجل تحديد محتوى TE الإجمالي للجينوم.

            تم التعرف على العناصر القابلة للتحويل كمرشحين جيدين لتحفيز التكيف الجيني ، من خلال قدرتها على تنظيم مستويات التعبير للجينات القريبة. [59] إلى جانب "حركتها" ، يمكن نقل العناصر القابلة للنقل بجوار جيناتها المستهدفة ، والتحكم في مستويات التعبير الجيني ، اعتمادًا على الظروف.

            الدراسة التي أجريت في عام 2008 ، "معدل مرتفع للعنصر القابل للتحويل حديثًا - التكيف المستحث في ذبابة الفاكهة السوداء" ، تم استخدام D. melanogaster التي هاجرت مؤخرًا من إفريقيا إلى أجزاء أخرى من العالم ، كأساس لدراسة التكيفات التي تسببها العناصر القابلة للنقل. على الرغم من أن معظم TEs كانت موجودة على الإنترونات ، فقد أظهرت التجربة اختلافًا كبيرًا في التعبيرات الجينية بين السكان في إفريقيا وأجزاء أخرى من العالم. كانت TEs الأربعة التي تسببت في الاجتياح الانتقائي أكثر انتشارًا في D. melanogaster من المناخات المعتدلة ، مما دفع الباحثين إلى استنتاج أن الضغوط الانتقائية للمناخ دفعت إلى التكيف الجيني. [60] من هذه التجربة ، تم التأكيد على أن TEs التكيفية منتشرة في الطبيعة ، من خلال تمكين الكائنات الحية من تكييف التعبير الجيني كنتيجة لضغوط انتقائية جديدة.

            ومع ذلك ، ليست كل آثار TEs التكيفية مفيدة للسكان. في البحث الذي تم إجراؤه في عام 2009 ، كشف "إدخال عنصر قابل للتحويل حديثًا بالقرب من المناطق التنموية المحفوظة بدرجة عالية في Drosophila melanogaster" ، وهو TE ، تم إدخاله بين Jheh 2 و Jheh 3 ، عن انخفاض مستوى التعبير لكل من الجينات. تسبب تنظيم أسفل من هذه الجينات ذبابة الفاكهة لإظهار وقت نمو ممتد وتقليل البويضة إلى قابلية الحياة البالغة. على الرغم من أن هذا التكيف لوحظ بوتيرة عالية في جميع السكان غير الأفارقة ، إلا أنه لم يتم تثبيته في أي منهم. [61] ليس من الصعب تصديق هذا ، حيث أنه من المنطقي أن يفضل السكان البيضة الأعلى للبقاء البالغ ، وبالتالي محاولة التخلص من السمة التي يسببها هذا التكيف المحدد مع TE.

            في الوقت نفسه ، كانت هناك عدة تقارير تظهر التكيف المفيد الذي تسببه TEs. في البحث الذي تم إجراؤه على ديدان القز ، "إدخال عنصر قابل للتحويل في المنطقة التنظيمية لجين EO في دودة القز المستأنسة" ، لوحظ إدخال TE في المنطقة التنظيمية لجين EO ، الذي ينظم هرمون الانسلاخ 20E ، و تم تسجيل التعبير المحسن. في حين أن المجموعات السكانية التي لا تحتوي على ملحق TE غالبًا ما تكون غير قادرة على التنظيم الفعال للهرمون 20E في ظل ظروف الجوع ، فإن أولئك الذين لديهم هذا الملحق كان لديهم تطور أكثر استقرارًا ، مما أدى إلى زيادة التوحيد التنموي. [63]

            أظهرت جميع هذه التجارب الثلاث طرقًا مختلفة يمكن أن تكون فيها عمليات إدخال TE مفيدة أو غير مواتية ، من خلال وسائل تنظيم مستوى التعبير عن الجينات المجاورة. لا يزال مجال أبحاث TE التكيفي قيد التطوير ويمكن توقع المزيد من النتائج في المستقبل.

            أكدت الدراسات الحديثة أن TEs يمكن أن تساهم في توليد عوامل النسخ. ومع ذلك ، كيف يمكن أن يكون لعملية المساهمة هذه تأثير على مشاركة شبكات التحكم في الجينوم. تعتبر TEs أكثر شيوعًا في العديد من مناطق الحمض النووي وتشكل 45 ٪ من إجمالي الحمض النووي البشري. أيضًا ، ساهمت TEs في 16 ٪ من مواقع ربط عامل النسخ. يوجد عدد أكبر من الأشكال أيضًا في الحمض النووي غير المشتق من TE ، والعدد أكبر من الحمض النووي المشتق من TE. ترتبط كل هذه العوامل بالمشاركة المباشرة لـ TEs في العديد من طرق شبكات التحكم في الجينات. [64]


            العناصر القابلة للتحويل (TE) في بدائيات النوى | مادة الاحياء

            IS ele & shyments هي أبسط العناصر القابلة للنقل وهي مكونات طبيعية للكروموسومات البكتيرية والبلازميدات. يتراوح حجم عناصر IS من 768 نقطة أساس إلى أكثر من 5000 نقطة أساس وتوجد في معظم الخلايا. تنتهي كل هذه الخداع والخداع بتكرارات مقلوبة مثالية أو شبه مثالية (IR & # 8217s) من 9 إلى 41 نقطة أساس.

            وبالتالي ، تم العثور على نفس التسلسل بشكل أساسي في نهاية كل من IS ، ولكن في الاتجاه المعاكس. تقوم عناصر IS بتشفير إنزيم ترانسبوزيز وهو أمر ضروري للتبديل الخاص بهم. يتعرف هذا الإنزيم على تلك التسلسلات التي تبدأ عملية التحويل.

            قد يتسبب تعدد عناصر IS على طول الكروموسوم في حدوث طفرة عن طريق تعطيل إما تسلسل ترميز الجين أو تسلسل الجين & # 8217s regu & shylatory. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يتسبب وجود عناصر IS في حذف أو انعكاس نوع من الطفرات في الحمض النووي المجاور. أخيرًا ، قد تحدث أحداث الحذف والانعكاس أيضًا نتيجة للعبور بين عناصر IS المكررة في الجينوم.

            في E. coli ، يُعرف عدد من IS ele & shyments ، على سبيل المثال ، IS1 ، IS2 ، IS1OR إلخ. قد يحتوي كل جينوم على ما يصل إلى 30 نسخة من عناصر IS ولكل منها طول مميز وتسلسل نيوكليوتيد. بالنسبة للامتحان و shyple ، يحتوي IS1 على 768 نقطة أساس ويتواجد في 4 إلى 19 نسخة في كروموسوم الإشريكية القولونية. تتكون التكرارات المقلوبة لـ IS1 من 23 نقطة أساس مع تسلسلات غير متطابقة تمامًا (الشكل 9.34).

            آلية التحويل:

            تتكامل عناصر IS & الخجل في موقع مستهدف لا يوجد فيه تجانس تسلسلي للعنصر. في وقت الإدراج ، يتم أولاً إجراء قطع متداخلة في الموقع المستهدف ثم يتم إدخال عنصر IS ، ليصبح مرتبطًا بالنهايات أحادية الجديلة.

            ثم يملأ بوليميراز الدنا والليغاز الفجوات ، مما يجعل عنصر IS متكاملًا وخجولًا مع تكرارين مباشرين لتسلسل الموقع المستهدف الذي يحيط بعنصر IS. هنا & # 8216direct & # 8217 يعني أن التسلسلين يتكرران في نفس الاتجاه (الشكل 9.35). هذه التكرارات الصغيرة المباشرة تسمى نسخ الموقع المستهدف ويختلف حجمها من 4 إلى 13 نقطة أساس.

            نوع # 2. ينقلبوسون (تينيسي):

            يعتبر الينقولات عنصرًا وراثيًا متحركًا أكثر تعقيدًا من عنصر IS. يحتوي Tn على الترميز الجيني لـ transposase وكذلك البروتينات الأخرى.

            في بدائيات النوى ، يوجد نوعان من الينقولات:

            (أ) الينقولات المركبة و

            (ب) الينقولات غير المركبة.

            (أ) الينقولات المركبة:

            قد يبلغ طول عناصر Tn هذه 1000 نقطة أساس ولها بنية معقدة مع منطقة مركزية تحتوي على جينات محتوية تمنح مقاومة لمضادات الشيبيوتيك. يحيط بهم عناصر داعش من نفس النوع على كلا الجانبين والتي تسمى ISL للجهة اليسرى و ISR للجانب الأيمن.

            ISs نفسها لها تكرارات مقلوبة طرفية بالإضافة إلى التكرارات المقلوبة الطرفية لـ transposon المركب. لذلك قد يكون ISL و ISR في نفس الاتجاه أو الاتجاه المقلوب ، بالنسبة لبعضهما البعض.

            Tn10 (الشكل 9.36). هنا تساعد عناصر IS في تبديل الترانسبوزونات المركبة. يتم توفير Transposase بواسطة أحد عناصر IS أو كليهما ويتعرف على التكرارات المقلوبة لعناصر IS في طرفي الينقولات لبدء النقل. مثل عناصر IS ، فإنها تنتج تكرارًا للموقع المستهدف بعد التحويل والخلل ، والذي يبلغ طوله 9 نقاط أساس في حالة Tn10. يعد تبديل Tn10 أمرًا نادرًا ، ويحدث مرة واحدة في 10 أجيال من الخلايا.

            (ب) الينقولات غير المركبة:

            على عكس الينقولات المركبة ، لا تحتوي الينقولات غير المركبة على عناصر IS في نهاياتها ، ولكنها تحتوي على التسلسلات المتكررة في نهاياتها المطلوبة للتبديل واللف.

            Tn3 (الشكل 9.37). يحتوي على 38 نقطة أساس متكررة من المحطات الطرفية المقلوبة ويحتوي على ثلاثة جينات في منطقته الوسطى. أحد الجينات هو bla ترميز β-lactamase الذي يكسر الأمبيسيلين ، وبالتالي يجعل الخلايا التي تحتوي على Tn3 مقاومة للأمبيسيلين.

            الجينان الآخران هما tnpA و tnpB لترميز إنزيمات transposase و resolvase ، على التوالي و shytively. يحفز Transposase إدخال Tn في مواقع جديدة ، ويساعد resolvase في الأحداث المؤلفة المرتبطة بالتبديل. مثل الينقولات المركبة فإنها تسبب أيضًا ازدواجية الموقع المستهدف أثناء تحركها. على سبيل المثال ، ينتج Tn3 تكرار موقع 5 نقاط أساس.

            آلية التحويل:

            تم اقتراح العديد من النماذج فيما يتعلق بتبديل الينقولات.

            تتم هنا مناقشة نموذجين رائعين وخجولين:

            (ط) النقل المتكرر:

            وفقًا لهذا النموذج ، يحدث تبديل الينقولات من جينوم إلى آخر. على سبيل المثال ، من البلازميد إلى chro & shymosome البكتيري أو العكس. في هذه الحالة ، يندمج DNA المتبرع مع عناصر Tn مع الحمض النووي المتلقي. خلال هذا ، يصبح عنصر Tn مكررًا بنسخة واحدة موجودة عند كل تقاطع بين DNA المتبرع والمتلقي.

            يسمى هذا المنتج المنصهر بالتكامل المشترك. بعد ذلك ، يتم حل الدمج المشترك في منتجين ، كل منهما بنسخة واحدة من العنصر القابل للنقل. منذ أن أصبح عنصر Tn مكررًا ، تسمى هذه العملية التحويل التكراري (الشكل 9.38).

            يتضمن إنزيمين:

            (أ) يعمل Transposase في نهاية عنصر Tn الأصلي و

            (ب) يعمل Resolvase على النسخ المكررة.

            يُظهر Tn3 وغيرها من الينقولات غير المركبة هذا النوع من النقل.

            (2) التحويل غير التكراري:

            إنه يسمح لللينقولات بالانتقال جسديًا من موقع إلى آخر على نفس الحمض النووي أو مختلف ، دون أي تكرار للعنصر. وتسمى هذه الآلية بالتبديل الحركي ، لأنه يتم حفظ كل رابطة نيوكليوتيد هنا.

            يتم فقدان Tn ele & shyment من الموضع الأصلي تاركًا قطعًا في DNA المتبرع وهو مميت ما لم يتم إصلاحه. Tn10 transposon trans & shyposes عن طريق التحويل المحافظ. قد يؤدي إدخال وإدخال الينقولات في إطار قراءة الجين إلى فقدان وظيفة هذا الجين.


            العناصر الجينية القابلة للتحويل في بدائيات النوى

            من المعروف الآن أن تسلسلات الإدراج ، أو عناصر تسلسل الإدراج (IS) ، هي أجزاء من الحمض النووي البكتيري يمكن أن تنتقل من موضع واحد على الكروموسوم إلى موضع مختلف على نفس الكروموسوم أو على كروموسوم مختلف. يحتوي عنصر IS على الجينات المطلوبة فقط لتعبئة العنصر وإدخال العنصر في كروموسوم في موقع جديد. هي العناصر المكونة الطبيعية للكروموسوم البكتيري والبلازميدات.

            عندما تظهر عناصر IS في منتصف الجينات ، فإنها تقاطع تسلسل الترميز وتعطل التعبير عن هذا الجين. نظرًا لحجمها وفي بعض الحالات وجود إشارات إنهاء الترجمة والنسخ ، يمكن لعناصر IS أيضًا منع التعبير عن الجينات الأخرى في نفس المشغل إذا كانت هذه الجينات في اتجاه مجرى النهر من مروج المشغل.

            تم العثور على عناصر IS لأول مرة في الإشريكية القولونية نتيجة لتأثيرها على التعبير عن مجموعة من ثلاثة جينات تكون منتجاتها ضرورية لاستقلاب سكر الجالاكتوز كمصدر للكربون. أظهرت التحقيقات الدقيقة أن الأنماط الظاهرية الطافرة نتجت عن إدخال ما يقرب من 800 زوج قاعدي (bp) جزء من الحمض النووي في الجين. يسمى هذا الجزء الخاص من الحمض النووي الآن تسلسل الإدراج (IS1).

            خصائص عناصر IS:

            Is1 هو العنصر الجيني القادر على التحرك حول الجينوم. إنه يندمج في الكروموسوم في المواقع التي لا يوجد فيها تماثل ، وبالتالي يميزه عن إعادة التركيب. هذا الحدث هو مثال على حدث التحويل. هناك عدد من عناصر IS التي تم تحديدها في E. coli ، بما في ذلك IS1 و IS2 و IS 10 ، كل منها موجود في 0 إلى 30 نسخة لكل جينوم ، ولكل منها طول مميز وتسلسل نيوكليوتيد فريد.

            يبلغ طول IS 1 768 نقطة أساس ، وهو موجود في 4 إلى 19 نسخة على كروموسومات الإشريكية القولونية. IS2 موجود في 0 إلى 12 نسخة على كروموسوم الإشريكية القولونية وفي نسخة واحدة على البلازميد F ، و IS 10 موجود في فئة من البلازميدات تسمى R البلازميد التي يمكن أن تتكاثر في الإشريكية القولونية (الشكل 12.1).

            من بين بدائيات النوى ، فإن عناصر IS عبارة عن مكونات خلوية طبيعية ، أي أنها توجد في معظم الخلايا. إجمالاً ، تشكل عناصر IS تقريبًا. 0.3٪ من جينوم الخلية & # 8217 ثانية. تنتهي جميع عناصر IS التي تم تسلسلها بتكرارات نهائية مقلوبة كاملة أو شبه كاملة (IRs) تتراوح بين 9 و 41 نقطة أساس. هذا يعني أنه تم العثور على نفس التسلسل في نهاية كل من IS ولكن في اتجاهات معاكسة.

            هو تبديل:

            عند حدوث نقل لعنصر IS ، يتم إدراج نسخة من عنصر IS في موقع كروموسوم جديد بينما تظل عناصر IS الأصلية في مكانها. أي أن التحويل يتطلب تكرارًا دقيقًا لعنصر IS الأصلي ، باستخدام إنزيمات النسخ المتماثل للخلية المضيفة. يتطلب التحويل الفعلي أيضًا إنزيمًا مشفرًا بواسطة عنصر Is يسمى transposase.

            تعتبر تسلسلات الأشعة تحت الحمراء ضرورية لعملية التحويل ، أي أن هذه التسلسلات يتم التعرف عليها بواسطة ترانسبوزيز لبدء النقل. هل تدخل العناصر في الكروموسومات في المواقع التي لا يوجد بها تماثل تسلسلي؟

            يُطلق على إعادة التركيب الجيني بين المتواليات غير المتماثلة إعادة التركيب غير الشرعي. المواقع التي يتم إدراج عناصر IS فيها تسمى المواقع المستهدفة. تظهر عملية إدخال IS في الكروموسوم في الشكل 12.2. أولاً ، يتم إجراء قطع ذي علامات تمييز في الموقع المستهدف ثم يتم إدخال عنصر IS ، ليصبح مرتبطًا بالنهايات المتقطعة.

            يتم ملء الفجوات بواسطة بوليميريز DNA و DNA ligase ، مما ينتج عنه عنصر IS متكامل مع تكرارين مباشرين لتسلسل الموقع المستهدف الذي يحيط بعنصر IS. & # 8216Direct & # 8217 في هذه الحالة يعني أن التسلسلين يتكرران في نفس الاتجاه. تسمى التكرارات المباشرة تكرارات الموقع المستهدف. تختلف أحجام تكرار الموقع المستهدف باختلاف عناصر IS ، ولكنها تميل إلى أن تكون صغيرة. يُظهر تكامل بعض عناصر IS تفضيلًا لمناطق معينة ، بينما يتكامل البعض الآخر فقط في تسلسلات معينة.

            جميع نسخ عنصر IS المعين لها نفس التسلسل ، بما في ذلك تكرارات المحطة الطرفية المقلوبة. تؤثر الطفرات التي تؤثر على تسلسل التكرار الطرفي المعكوس لعناصر IS على التحويل ، مما يشير إلى أن تسلسلات التكرار الطرفية المقلوبة هي التسلسلات الرئيسية التي تم التعرف عليها بواسطة transposase أثناء حدث التحويل.

            (2) الينقولات بدائية النواة:

            يعتبر الترانسبوزون (Tn) أكثر تعقيدًا من عناصر IS. الترانسبوزون عبارة عن مقطع DNA متحرك يحتوي ، مثل عنصر IS ، على جينات لإدخال جزء الحمض النووي في الكروموسوم ولتعبئة العنصر إلى مواقع أخرى على الكروموسوم. هناك نوعان من الينقولات بدائية النواة: الينقولات المركبة واللينقولات غير المركبة.

            (1) الينقولات المركبة:

            وهي عبارة عن ترانسبوزونات معقدة مع منطقة مركزية تحتوي على جينات ، على سبيل المثال ، جينات مقاومة الأدوية ، محاطة على كلا الجانبين بعناصر IS (تسمى أيضًا وحدات IS). قد يكون طول الينقولات المركبة آلاف الأزواج الأساسية. عناصر IS من نفس النوع وتسمى IS-L (لـ & # 8220left & # 8221) و IS-R (لـ & # 8220right & # 8221). اعتمادًا على الينقولات ، قد يكون IS-L و IS-R في نفس الاتجاه أو الاتجاه المقلوب بالنسبة لبعضهما البعض. نظرًا لأن ISs نفسها لها تكرارات مقلوبة طرفية ، فإن الينقولات المركبة لها أيضًا تكرارات مقلوبة طرفية.

            يوضح الشكل 12.3 هيكل الينقولات المركبة Tn 10 لتوضيح السمات العامة لمثل هذه الينقولات. يبلغ طول الينقولات Tn 10 9300 نقطة أساس ويتكون من 6500 نقطة أساس من الحمض النووي المركزي غير المتكرر الذي يحتوي على جين مقاومة التتراسيكلين المحاط في كل طرف بعنصر IS بسعة 1400 نقطة أساس. تم تعيين عناصر IS هذه IS10L و IS10R وترتيبها في اتجاه مقلوب. الخلايا التي تحتوي على Tn 10 مقاومة لمورثة مقاومة التتراسيكلين الموجودة في تسلسل الحمض النووي المركزي.

            يحدث تبديل الترانسبوزون المركب بسبب وظيفة عناصر IS التي تحتويها. يوفر أحد عناصر IS أو كلاهما عنصر النقل. يتم التعرف على التكرارات المقلوبة لعناصر IS في طرفي الينقولات بواسطة transposase لبدء النقل (كما هو الحال مع تبديل عناصر IS).

            يعتبر تبديل Tn 10 أمرًا نادرًا ، ويحدث مرة واحدة في 10 أجيال من الخلايا. هذا هو الحال لأن أقل من جزيء ترانسبوزيز واحد لكل جيل خلية يتم تصنيعه بواسطة Tn 10. مثل عناصر IS ، تنتج الينقولات المركبة تكرارات الموقع المستهدف بعد النقل.

            (2) الينقولات غير المركبة:

            إنهم يحبون الينقولات المركبة ، وتحتوي على جينات مثل تلك التي تقاوم الأدوية. على عكس الينقولات المركبة ، فإنها لا تنتهي بعناصر IS. ومع ذلك ، لديهم التسلسلات المتكررة في نهاياتهم المطلوبة للتبديل. Tn3 هو ترانسبوزون غير مركب.

            يحتوي Tn3 على 38 نقطة أساس مكررة طرفيًا مقلوبًا ويحتوي على ثلاثة جينات في منطقته الوسطى. أحد هذه الجينات ، وهو bla ، يشفر β-lactamase الذي يكسر الأمبيسيلين وبالتالي يجعل الخلايا التي تحتوي على Tn3 مقاومة للأمبيسيلين. الجينان الآخران ، tnpA و tnpB ، يشفران إنزيمات ترانسبوزيز وريسولفاز اللازمين لتحويل Tn3 (الشكل 12.4).يحفز Transposase إدخال Tn في مواقع جديدة ، و resolvase هو إنزيم مشارك في أحداث إعادة التوليف المعينة المرتبطة بالتبديل.

            لم يتم العثور على Resolvase في جميع الينقولات. توجد جينات النقل في المنطقة الوسطى من أجل الينقولات غير المركبة ، بينما تكون في عناصر IS الطرفية من أجل الينقولات المركبة. تتسبب الينقولات غير المركبة أيضًا في حدوث ازدواجية في الموقع المستهدف عندما تتحرك.

            (3) آلية التبديل في بدائيات النوى:

            يتم استخدام عدة آليات مختلفة للتبديل بواسطة عناصر بدائية النواة قابلة للنقل. وكما سنرى لاحقًا ، لا تزال العناصر حقيقية النواة تظهر آليات إضافية للتبديل. في الإشريكية القولونية ، يمكننا تحديد أنماط التكرار والمحافظة (غير التكرارية) للتبديل. في المسار المتماثل ، يتم إنشاء نسخة جديدة من العنصر القابل للنقل في حدث التحويل. نتائج التحويل هي ظهور نسخة واحدة في الموقع الجديد ونسخة واحدة في الموقع القديم. في المسار المحافظ ، لا يوجد تكرار. بدلاً من ذلك ، يتم استئصال العنصر من الكروموسوم أو البلازميد ويتم دمجه في الموقع الجديد (الشكل 12.5).

            التحويل المكرر:

            يحدث تبديل Tn3 على مرحلتين. أولاً ، يتوسط ال transposase اندماج جزيئين ، مكونًا بنية تسمى التكامل المشترك. خلال هذه العملية ، يتم تكرار الينقولات ، ويتم إدخال نسخة واحدة عند كل تقاطع في التكامل المشترك. يتم توجيه الاثنين Tn3 في نفس الاتجاه. في المرحلة الثانية من التحويل ، يتوسط resolvase المشفر tnpR حدث إعادة التركيب الخاص بالموقع بين عنصري Tn3. يحدث هذا الحدث في تسلسل في Tn3 يسمى res ، موقع الدقة ، ويولد جزيئين ، كل منهما بنسخة من الينقولات.

            المنتج الجيني tnpR له أيضًا وظيفة أخرى ، وهي قمع تخليق كل من بروتينات الترانسبوساز و resolvase. يحدث هذا القمع لأن موقع الدقة يقع بين جينات tnpA و tnpR. من خلال الارتباط بهذا الموقع ، يتداخل بروتين tnpR مع تخليق كلا المنتجين الجينيين ، مما يتركهما في حالة نقص مزمن. وبالتالي ، فإن عنصر Tn3 يميل إلى البقاء ثابتًا (الشكل 12.6).

            التحول المحافظ:

            بعض الينقولات ، مثل Tn10 ، تستأصل من الكروموسوم وتندمج في الحمض النووي الهدف. في هذه الحالات ، لا يحدث تكرار الحمض النووي للعنصر ، ويتم فقد العنصر من موقع الكروموسوم الأصلي. تسمى هذه الآلية التحويل المحافظ (غير التكراري) أو الإدراج البسيط. Tn 10 ، على سبيل المثال ، ينقل عن طريق التبديل المحافظ.

            سيؤدي إدخال الينقولات في إطار القراءة للجين إلى تعطيله ، مما يتسبب في فقدان وظيفة هذا الجين. يمكن أن يتسبب الإدراج في منطقة التحكم في الجين & # 8217s في تغييرات في مستوى تعبير الجين. تحدث أحداث الحذف والإدخال أيضًا نتيجة لأنشطة الينقولات ، ومن العبور بين الينقولات المكررة في الجينوم.

            (3) عناصر IS و Transposons في البلازميدات:

            إن نقل المادة الوراثية بين اتحاد الإشريكية القولونية هو نتيجة وظيفة عامل الخصوبة F. العامل F ، جزيء DNA دائري مزدوج تقطعت به السبل ، هو أحد أمثلة البلازميد البكتيري. تسمى البلازميدات مثل F القادرة أيضًا على الاندماج في الكروموسومات البكتيرية باسم الحلقات. يتكون العامل F من 94500 زوج قاعدي من الحمض النووي الذي يرمز لمجموعة متنوعة من البروتينات.

            العناصر المهمة هي:

            (ط) نقل الجين (tra) المطلوب لنقل اقتران الحمض النووي.

            (2) الجينات التي تشفر البروتينات المطلوبة لتكرار البلازميد & # 8217s ،

            (3) أربعة عناصر IS ، نسختين من IS3 ، واحدة من IS2 ، وواحدة من عنصر تسلسل الإدراج يسمى جاما دلتا.

            ولأن كروموسوم الإشريكية القولونية يحتوي على نسخ من تسلسل الإدخال الأربعة في مواضع مختلفة ، يمكن للعامل F أن يتكامل مع كروموسوم الإشريكية القولونية في مواقع مختلفة وفي اتجاهات مختلفة مع تسلسل متماثل لعناصر الإدراج.

            فئة أخرى من البلازميدات لها أهمية طبية هي مجموعة R plasmid ، التي تم اكتشافها في اليابان في الخمسينيات من القرن الماضي ، أثناء علاج الزحار. وينتج المرض عن الإصابة ببكتيريا الشيغيلة الممرضة. وجد أن الشيغيلة مقاومة لمعظم المضادات الحيوية الشائعة الاستخدام.

            بعد ذلك ، وجدوا أن الجينات المسؤولة عن مقاومة الأدوية تحمل على البلازميدات R ، والتي يمكن أن تعزز نقل الجينات بين البكتيريا عن طريق الاقتران ، تمامًا مثل العامل F. جزء واحد من بلازميد R المتماثل لجزء في العامل F هو الجزء المطلوب للنقل الزوجي للجينات.

            يشكل هذا الجزء والجينات الخاصة بالبلازميد لتكرار الحمض النووي ما يسمى منطقة RTF (عامل نقل المقاومة) (الشكل 12.7). يختلف باقي البلازميد R من نوع إلى آخر ويتضمن الجينات المقاومة للمضادات الحيوية أو أنواع أخرى من الجينات ذات الأهمية الطبية ، مثل مقاومة أيونات المعادن الثقيلة.

            جينات المقاومة في البلازميد R هي ، في الواقع ، الينقولات ، أي أن كل جين مقاومة يقع بين المقاطع المتجاورة والمتكررة بشكل مباشر مثل إحدى وحدات IS (الشكل 12.8). وهكذا ، يمكن إدخال كل ترانسبوزون بجين مقاومته في البلازميد R في مكان جديد على البلازميدات الأخرى أو على الكروموسوم البكتيري ، مع ترك نسخة منه في الموضع الأصلي في نفس الوقت.

            (4) فج مو:

            Phage mu هو فج طبيعي الظهور. نحن نعتبره هنا لأنه على الرغم من كونه فيروسًا حقيقيًا ، إلا أنه يحتوي على العديد من الميزات المشتركة مع عناصر IS. الحلزون المزدوج للحمض النووي لهذه العاثية هو 36000 نيوكليوتيد أطول بكثير من عنصر IS. ومع ذلك ، يبدو أنه قادر على إدخال نفسه في أي مكان في جينوم بكتيري أو بلازميد في أي اتجاه. بمجرد إدخاله ، يتسبب في حدوث طفرة في موضع الإدراج - مرة أخرى مثل عنصر IS. (تم تسمية الملتهمة لهذه القدرة: mu تعني & # 8220mutator. & # 8221)

            عادة ، لا يمكن عكس هذه الطفرات ، ولكن يمكن إنتاج الارتداد عن طريق أنواع معينة من التلاعب الجيني. عندما يتم إنتاج هذا الارتداد ، فإن العاثيات التي يمكن استعادتها لا تظهر أي حذف ، مما يثبت أن الاستئصال دقيق وأن إدخال الملتهمة لذلك لا ينطوي على أي فقد في مادة الملتهمة أيضًا. يحتوي كل جسيم فاجي ناضج على كل طرف قطعة من الدنا المرافقة من مضيفه السابق (الشكل 12.9). ومع ذلك ، لا يتم إدخال هذا الحمض النووي من جديد في المضيف التالي. وظيفتها غير واضحة. يحتوي Phage mu أيضًا على تسلسل IR ، ولكن لا يوجد أي من العناصر المكررة في النهاية.

            يمكن أن يعمل Mu أيضًا مثل أداة التثبيت الجينية المفاجئة ، حيث يقوم بتعبئة أي نوع من الحمض النووي ونقله في أي مكان في الجينوم. على سبيل المثال ، يمكنه تعبئة فجوة أخرى (مثل λ) أو العامل F. في مثل هذه الحالات ، يُحاط الحمض النووي المُدخَل بجينومين mu (الشكل 12.10).


            4. يحدث التحويل بواسطة كل من الآليات التكرارية وغير التكرارية

            15.4 يحدث التحويل بواسطة كل من الآليات التكرارية وغير التكرارية

            المصطلحات الأساسية المحددة في هذا القسم
            يشير التحويل المحافظ إلى حركة العناصر الكبيرة ، المصنفة في الأصل على أنها الينقولات ، ولكنها تعتبر الآن حلقات. آلية الحركة تشبه تلك الخاصة بالعاثية لامدا.
            يصف التحويل غير المتكرر حركة الينقولات التي تترك موقعًا مانحًا (عادةً ما ينتج عنه كسر مزدوج الخيط) وينتقل إلى موقع جديد.
            يصف التحويل المتماثل حركة الينقولات بواسطة آلية يتم فيها نسخها أولاً ، ثم يتم نقل نسخة واحدة إلى موقع جديد.
            Resolvase هو نشاط إنزيم متضمن في إعادة التركيب الخاص بالموقع بين اثنين من الينقولات الموجودة على شكل تكرارات مباشرة في بنية تكامل مشترك.
            Transposase هو نشاط الإنزيم المتضمن في إدخال الينقولات في موقع جديد.


            الشكل 15.4 يتم إنشاء التكرارات المباشرة للحمض النووي المستهدف الذي يحيط باللينقول عن طريق إدخال جروح متداخلة ترتبط نهاياتها البارزة بالنقل.

            يتم توضيح إدخال الينقولات في موقع جديد في الشكل 15.4. وهو يتألف من إجراء فواصل متداخلة في الحمض النووي الهدف ، وربط الينقولات بالنهايات البارزة أحادية الجديلة ، وملء الفجوات. يفسر توليد وملء النهايات المتداخلة حدوث التكرارات المباشرة للحمض النووي المستهدف في موقع الإدخال. يحدد التذبذب بين القطع على الخيطين طول التكرارات المباشرة ، لذا فإن خاصية تكرار الهدف لكل ينقولات تعكس هندسة الإنزيم المتضمن في قطع الحمض النووي المستهدف (للمراجعة ، انظر Grindley and Reed ، 1985).

            يعد استخدام النهايات المتداخلة أمرًا شائعًا في جميع وسائل النقل ، ولكن يمكننا التمييز بين ثلاثة أنواع مختلفة من الآليات التي يتحرك بها الينقولات:

            على الرغم من أن بعض الينقولات تستخدم نوعًا واحدًا فقط من المسارات للتبديل ، إلا أن البعض الآخر قد يكون قادرًا على استخدام مسارات متعددة. تستخدم العناصر IS1 و IS903 كلا من المسارات غير التكرارية والتكرار ، وقد تم تمييز قدرة الملتهمة Mu على التحول إلى أي نوع من المسارات من وسيط مشترك (انظر لاحقًا).

            تشارك نفس الأنواع الأساسية من التفاعل في جميع فئات حدث التحويل. يتم فصل نهايات الينقولات عن DNA المتبرع عن طريق تفاعلات الانقسام التي تولد 3 & # 8242 نهايات VOH. ثم يتم ربط الأطراف المكشوفة بالحمض النووي المستهدف عن طريق تفاعلات النقل ، بما في ذلك الاسترة التبادلية التي تهاجم فيها نهاية 3 & # 8242 VOH مباشرة الحمض النووي المستهدف. تحدث هذه التفاعلات داخل مجمع البروتين النووي الذي يحتوي على الإنزيمات اللازمة وكلا طرفي الترانسبوزون. تختلف الينقولات حول ما إذا كان الحمض النووي الهدف قد تم التعرف عليه قبل أو بعد انقسام الينقولات نفسها.

            يتم اختيار الموقع المستهدف في الواقع بواسطة Transposase. في بعض الحالات ، يتم اختيار الهدف بشكل عشوائي. في حالات أخرى ، هناك خصوصية لتسلسل إجماعي ، أو لبنية ، مثل الحمض النووي المثني ، أو للمناطق غير النشطة من الكروموسوم.


            دراسة ملاحظات على العناصر القابلة للتحويل | كروموسوم

            المصطلح & # 8220transposon & # 8221 صاغها Hedges و Jacob في عام 1974 لتسلسلات الحمض النووي المنفصلة المتنقلة في الجينوم ، مثل هذه التسلسلات قادرة على نقل نفسها من موقع إلى المواقع الأخرى داخل الجينوم. تسمى هذه التسلسلات أيضًا بالعناصر الجينية القابلة للنقل.

            تم العثور على العناصر الوراثية القابلة للتحويل في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى. يحمل كل ترانسبوزون جرثومي جينات ترميز للإنزيم اللازم لعملية التبديل الخاصة به. تحدث أنظمة مماثلة في الكائنات حقيقية النواة أيضًا.

            تشجع الينقولات على إعادة ترتيب الجينوم (أ) يتسبب التحويل في الحذف أو الانقلاب و (ب) تعمل العناصر القابلة للنقل كمناطق تناظر لإعادة التركيب ، مما يؤدي إلى عمليات النقل والانعكاس والحذف والإدراج.

            1. عناصر IS (تسلسل الإدراج):

            وهي عبارة عن ينقولات بكتيرية صغيرة تحمل فقط الجينات المشفرة للبروتينات اللازمة لعملية تبديلها. هم المكونات الطبيعية للبلازميدات ، الينقولات والكروموسومات البكتيرية. تم تحديد عنصر IS الأول الذي تم تحديده على أنه ISI الذي تم اكتشافه من خلال الطفرات في مختلف المواقع المشاركة في استقلاب الجالاكتوز في E. coli.

            بعد ذلك ، تم اكتشاف العديد من عناصر داعش الأخرى ، وتبين أنهم مسؤولون عن عمليات الانقلاب والحذف. قد توجد عدة نسخ من عنصر IS واحد في الجينوم. عناصر IS صغيرة نسبيًا ، أي حوالي 1000 زوج أساسي في الطول ، ولها تكرارات نهائية لقواعد قليلة في طرفيها (الجدول 5.1).

            بعد تغيير طبيعة عناصر IS إلى خيوط مفردة ، قد تتزاوج التكرارات المقلوبة الطرفية للخيط معًا لإنتاج حلقة أو هيكل & # 8220lollipop & # 8221. يمكن التعرف على هذه الهياكل تحت المجهر الإلكتروني (الشكل 5.1).

            يتم إدخال عناصر IS في الحمض النووي المضيف في الموقع المستهدف. أثناء إدخالها في الحمض النووي المضيف ، يتكرر الموقع المستهدف لعناصر IS لإنتاج تكرارات مباشرة في طرفي عنصر IS.

            على سبيل المثال ، الموقع المستهدف مكرر ويحيط بعنصر IS على كلا الجانبين كتكرار مباشر (الشكل 5.2). طول التكرار المباشر لأي عنصر IS ثابت هو 9 قواعد الأكثر شيوعًا.

            يُطلق على البروتين المسؤول عن تبديل عنصر IS اسم transposase ، يقع الترميز الجيني لـ transposase بين التكرارات الطرفية المقلوبة. يحتوي IS1 على إطارين منفصلين للقراءة ، بينما تحتوي عناصر IS الأخرى على إطار قراءة واحد فقط. المعدل العام للتبديل هو 10 -3 إلى 10 -4 خلايا لكل عنصر IS لكل جيل.

            2. ينقولات مركبة:

            الينقولات المركبة هي الينقولات الكبيرة التي تمتلك منطقة مركزية بين قوسين على كل جانب من قبل عناصر IS ، وقد يتيح أحد عناصر IS أو كلاهما تحويل موضع الينقولات الكاملة.

            يتم تعيين عنصر IS الموجود على جانب واحد من الينقولة L (يسار) ، بينما يتم تعيين عنصر IS الموجود على الجانب الآخر على أنه R (يمين) (الشكل 5.3).

            تحمل الينقولات المركبة جينات لمقاومة الأدوية أو وظائف أخرى إلى جانب الوظائف المتعلقة بالتبديل. تحتوي بعض الينقولات على جينات لمقاومة المضادات الحيوية مثل الأمبيسيلين (أمبير R) والتتراسيكلين (tet R) والكاناميسين (كان R) إلخ. جدول (5.2). يتم تحديد الينقولات المركبة بواسطة Tn ، متبوعًا برقم ، على سبيل المثال ، Tn5 و Tn9 و Tn10 و Tn 903 إلخ.

            يحتوي Transposon Tn9 على IS1 كتكرار مباشر على كلا الجانبين ، بينما يحتوي Tn903 على IS903 كما يتكرر معكوس على كلا الجانبين. لكن بعض عناصر Tn تحتوي على وحدات IS في طرفيها والتي تختلف عن بعضها البعض إلى حد محدود ، على سبيل المثال ، تحتوي Tn5 على IS50 لكن الوحدات النمطية اليسرى (L) واليمنى (R) تختلف عن زوج أساسي واحد بحيث أصبحت الوحدة اليسرى غير وظيفية (الجدول 5.2).

            يُفترض أن كل من وحدات IS1 الخاصة بـ Tn9 وظيفية. يعمل IS10R الخاص بـ Tn10 ، بينما IS10L لا يعمل. يمكن تبديل وحدة IS الوظيفية إما بمفردها أو مع الينقولات بأكملها. يقع الترميز الجيني للإنزيم transposase داخل وحدة IS. ينشئ هذا الإنزيم موقعًا مستهدفًا ويتعرف أيضًا على طرفي الينقولات الكاملة.

            في بعض الأحيان ، قد يحتوي البلازميد على العديد من الينقولات المركبة بأحجام مختلفة ، وقد يحمل كل من هذه الينقولات جينات مقاومة لمضادات حيوية مختلفة ، وبالتالي يمنح مقاومة دوائية متعددة للكائن الحي (الخلية) الذي يحمل مثل هذا البلازميد (الشكل 5.4).

            3. آلية التحويل:

            يتم تنظيم نسخ الجين الذي ينتج ترانسبوزيز بواسطة عامل ضاغط. ينظم القامع أيضًا تركيبه الخاص. ينتج transposase انقسامًا متدرجًا في الموقع المستهدف في الحمض النووي المضيف حيث يتم تبديل عنصر Tn. تتيح التخفيضات المتداخلة الانضمام إلى الأطراف المفردة التي تقطعت بها السبل للحمض النووي المضيف بنهايات الينقولات.

            بعد الانضمام إلى النهايات ، فإن تسلسل الهدف المنفرد (المفتوح) الذي تقطعت به السبل في نهايات الترانسبوزون يدعم تخليق الحمض النووي مما يؤدي إلى سد الفجوة ، ثم يؤدي ربط النكات إلى تكرار التسلسلات المستهدفة التي تجعل التكرار المباشر في كل من نهايات الينقولات المُدخلة (الشكل 5.5).

            آليات التحويل من الأنواع الثلاثة التالية:

            1. التحويل المكرر:

            يتم تكرار الترانسبوزون أثناء عملية التحويل ، تظل نسخة واحدة من عنصر Tn في الموقع الأصلي بينما يتم إدراج النسخة المكررة في موقع جديد. هذا النوع من التحويل هو سمة من سمات مجموعة TnA من الينقولات (انظر لاحقًا).

            في هذا النوع من التبدلات يزداد عدد نسخ الينقولات. يشارك نوعان من نوكلياز في عملية التحويل: يعمل إنزيم ترانسبوزيز على نهايات الترانسبوزون الأصلي بينما يعمل إنزيم محلول آخر على النسخة المكررة.

            2. لا تبديل مكرر:

            في هذه الحالة ، ينتقل العنصر القابل للنقل من موقع إلى آخر. نظرًا لعدم وجود ازدواجية في الينقولات ، يتم فقدها من الموقع الأصلي.

            تتضمن هذه العملية إنزيمًا واحدًا ، وهو الينقولات. يحدث تبديل جميع عناصر IS و الينقولات المركبة Tn5 و Tn10 وفقًا لهذه الآلية.

            3. التحويل المحافظ:

            هذا أيضًا نوع من النقل غير المتكرر حيث يتم قطع الينقولات من موقع واحد وإدخالها في موقع جديد. ولكن يتم الحفاظ على كل رابطة نيوكليوتيد خلال هذه العملية. هذه العملية تشبه إلى حد بعيد اندماج فج لامدا (λ) في كروموسوم الإشريكية القولونية. في مثل هذه الينقولات ، تنتمي الينقولات إلى عائلة λ-Integrase. تستخدم الينقولات الكبيرة الآلية المحافظة للتبديل.

            العاثية Mu كبيرة جدًا وتعتبر عنصرًا متحورًا عملاقًا Tn. تمتلك عددًا من الجينات لتشكيل رأسها وذيلها. هذا الينقولات لديه القدرة على الإدخال في كروموسوم الإشريكية القولونية في مواضع مختلفة غير متماثلة. يقطع إنزيم Mu transposase طرفي الترانسبوزون من الجزيء المانح. يحدث انشقاق متدرج من 5 قواعد في الموقع المستهدف للإدخال.

            يستخدم Mu كلا من المسارات التكرارية وغير التكرارية للتبديل. يحدث اندماجها في جينوم المضيف من خلال عملية غير متكررة ، بينما يحدث تكاثر Mu من خلال آلية التكرار. يمكن أن ينتج ينقولات مو 100 نسخة عن طريق تحويله إلى 100 موقع مستهدف مختلف في كروموسوم الإشريكية القولونية الفردي.

            يتعرف إنزيم Mu transposase على التسلسلات النهائية ويقوم بعمل انشقاقات متداخلة في نهاية Mu وأيضًا في الموقع المستهدف في الحمض النووي الصبغي. ينضم أحد طرفي Mu المقطوع مع الطرف المقطوع للموقع المستهدف للكروموسوم المتلقي مما ينتج بنية متقاطعة الشكل (الشكل 5.6). بعد ذلك ، يتم اتباع أحد المسارين التاليين.

            (ط) يتسبب انشقاق في جزيء المتبرع بالقرب من الينقولات في إدخال الينقولات في الحمض النووي الهدف. تمتلئ المنطقة المفردة التي تقطعت بها السبل التي شكلها الانقسام المتعرج بتركيب الإصلاح. هذه هي الآليات غير التكاثرية التي يعاني فيها DNA المتبرع من كسر مزدوج تقطعت به السبل ويفقد ينقولات Mu (الشكل 5.6).

            (2) في الآلية الضمنية ، لا يحدث مزيد من الانقسام في الهيكل المتقاطع. يحدث تخليق الحمض النووي مكملًا للمنطقة أحادية الجديلة التي تشكلت عن طريق الانقسام المتعرج. يستمر التوليف من خلال الينقولات ويفصل الازدواج إلى جزيء DNA كبير واحد يتكون من كروموسومات المتبرع والمتلقي.

            يحتوي هذا الجزيء على نسختين من الينقولات ويسمى التكامل المشترك (الشكل 5.6). توجد الينقولات عند انضمام المتبرع ونسخ المتلقي.

            Tn10 ينقل:

            Tn10 عبارة عن ترانسبوزون مركب يحمل الجين لمقاومة التتراسيكلين (tet R) وقد قلب IS10L و IS10R في نهايته. وحدات IS هذه موجهة نحو الداخل (الشكل 5.7). تحتوي وحدات IS على تكرار مقلوب قصير لـ 22 زوجًا أساسيًا في نهاياتها.

            IS10R عنصر نشط ، بينما IS10L معيب وظيفيًا. يولد تبديل Tn10 تكرارًا مباشرًا لـ 9 قواعد على الحمض النووي المستهدف في طرفيه. يحتوي الموقع المستهدف على تسلسل NGCTNACN ، حيث يمثل N أي قاعدة. عندما يتم إدخال Tn10 في DNA الدائري NCGANTCGN (البلازميد) ، تحدث المنطقتان التاليتان من الحمض النووي فيما يتعلق بوحدات IS ومنطقة الحمض النووي المحاطة بها (الشكل 5.7):

            (ط) على جانب واحد من وحدات IS ، يوجد الينقولات التي تحمل الجين tetر& # 8230 وحدات IS المقلوبة موجهة إلى الداخل.

            (2) على الجانب الآخر من وحدات IS ، يكمن كروموسوم المضيف الذي يحمل الجينات المضيفة.

            يمكن لوحدات IS تبديل أي من المنطقتين المذكورتين أعلاه ، أي منطقة ترميز الينقولات ، أو التسلسل الكامل للبلازميد (الشكل 5.7). في حالة السابق (يتم تعبئة transposon Tn10) ، يتم نقل جين tet R.

            ولكن في الحالة الأخيرة (وحدات IS تنقل الحمض النووي البلازميدي) ، يتم إنشاء ترانسبوزون جديد & # 8220 داخل الخارج & # 8221 يحمل علامات كروموسوم المضيف (الشكل 5.7). في هذا الترانسبوزون الجديد أيضًا ، يتم عكس وحدات IS لكن اتجاهها هو العنابر بالخارج.

            تحتوي الوحدة النشطة IS10R على اثنين من المروجين P.في و صخارج بالقرب من نهايته الخارجية (الشكل 5.8). المروج Pث يعزز نسخ مناطق IS 10R (من الداخل) لإنتاج الإنزيم & # 8220transposase & # 8221 ، وهو بروتين له وزن جزيئي قدره 47000 دالتون.

            المروج Pخارج ومع ذلك ، يكتب نحو الخارج. في بعض الأحيان يمتد نسخ Pout إلى الحمض النووي المضيف ، وبالتالي تنشيط الجينات البكتيرية المجاورة. تم العثور على Pخارج يحتوي النص على 69 قاعدة منها 40 قاعدة متداخلة (أي مكملة لـ) 5 & # 8242 المنطقة الطرفية لـ Pفي RNA.

            يعمل Pout كمضاد RNA وينتج RNA-RNA مزدوجًا مع P.م RNA. هذا يمنع تخليق ال transposase ، مما يؤدي إلى تثبيط التحويل. وبالتالي ، عندما يكون IS10R موجودًا في العديد من النسخ ، يتم تثبيط تبديل Tn10 على الكروموسوم البكتيري.

            6. TnA الينقولات:

            الينقولات من مجموعة TnA ، مثل ، Tn3 ، Tn100 (γδ) وما إلى ذلك هي عناصر كبيرة قابلة للنقل تحتوي على حوالي 5000 زوج أساسي. والجدير بالذكر أنها خالية من عناصر IS ، لكنها تحمل الجينات اللازمة للتبديل جنبًا إلى جنب مع الجينات لمقاومة المضادات الحيوية مثل الأمبيسلين (amp R). يبلغ طول تسلسلها النهائي حوالي 38 زوجًا أساسيًا في شكل تكرار مقلوب.

            الانزيمات & # 8220 ناقلة & # 8221 المشفرة بواسطة الجين tnpA و & # 8220resolvase & # 8221 المشفرة بواسطة الجين tnpR تشارك في نقل ترانسبوزونات TnA. يرتبط transposase بتسلسل من 25 زوجًا أساسيًا يقع داخل 38 زوج قاعدي مقلوب متكرر. يصنع هذا الإنزيم انقسامًا متدرجًا من 5 أزواج قاعدية في الحمض النووي المستهدف.

            يعمل منتج الجين tnpR (resolvase) كمثبط لـ tnpA وكذلك tnpR نفسه. يؤدي قمع الجين tnpR أو حدوث طفرة في الجين tnpR إلى زيادة تخليق transposase مما يؤدي إلى زيادة تواتر التحويل. يشارك إنزيم resolvase في إعادة التركيب الخاص بالموقع بين اثنين من الينقولات الموجودة كتكرار مباشر في جزيء التكامل المشترك.

            7. إعادة ترتيب DNA المضيف الذي تسببه الينقولات:

            غالبًا ما تحدث الينقولات تغييرًا في الحمض النووي للمضيف لأنها قد تسبب الحذف والازدواجية والانعكاس وما إلى ذلك. عندما يتم تعبئة نسخة من الينقولات وإدخالها في نفس الكروموسوم بالقرب من موقعها الأصلي ، قد يحدث إعادة التركيب بين النسختين. هناك حالتان تعتمدان على ما إذا كان اتجاه التكرارات مباشرًا (على سبيل المثال ، Tn9) أو معكوسًا (على سبيل المثال ، في Tn903).

            في حالة Tn9 ، يكون IS1 موجودًا على كلا الطرفين كتكرار مباشر. ينتج عن إعادة التركيب بين زوج من التكرارات المباشرة جزيء DNA دائري يحتوي على نسخة واحدة فقط من التكرار المباشر (وحدة IS1) وتبقى النسخة الأخرى من التكرار المباشر (وحدة IS1) داخل الكروموسوم (الشكل 5.9). يتم فقد جزيء DNA الدائري من الخلية وبالتالي يحدث الحذف.

            (2) يكرر معكوس. يتكون ترانسبوسون Tn903 من تكرارات مقلوبة لـ IS 903 عند طرفيه. إعادة التركيب بين زوج من التكرارات المقلوبة لا تسبب حذفًا ولكنها تؤدي إلى انعكاس المنطقة المركزية (الشكل 5.10).


            احصل على حق الوصول الكامل إلى دفتر اليومية لمدة عام واحد

            جميع الأسعار أسعار صافي.
            سيتم إضافة ضريبة القيمة المضافة في وقت لاحق عند الخروج.
            سيتم الانتهاء من حساب الضريبة أثناء الخروج.

            احصل على وصول محدود أو كامل للمقالات على ReadCube.

            جميع الأسعار أسعار صافي.


            الاستئصال الناجم عن Transposase وتعميم تسلسل الإدراج البكتيري IS911.

            لقد بحثنا في دور ثلاثة بروتينات محددة IS911 في التحول في الجسم الحي: منتجات إطارات القراءة المفتوحة (OrfA) والمصب (OrfB) ، وبروتين نقل الإطار (OrfAB) أنتج بواسطة -1 انتقال إطار متعد بين orfA و orfB . يظهر أن إنتاج OrfAB وحده يؤدي إلى استئصال العنصر وتعميمه ويكون كافيًا للانتقال بين الجزيئات إلى هدف بلازميد. يظهر الإنتاج المتزامن والمستقل لـ OrfA لتحفيز النقل بين الجزيئات بوساطة OrfAB مع تقليل ظهور دوائر الينقولات بشكل كبير. لم نتمكن من اكتشاف دور OrfB. على الرغم من أنه في ظل ظروف معينة ، يخضع البلازميد المتجه لعملية إعادة إحكام دقيقة بعد استئصال IS911 ، تشير البيانات إلى أن هذا ليس هو الحال عادةً وأن البلازميد المتبرع لا يتم حفظه بشكل عام. يشير استخدام مشتقات IS911 التي تحمل طفرات في الطرف 2 bp إلى أن تشكيل الدائرة يمثل حدث تبديل جزيئي خاص بالموقع. نقدم نموذجًا يشرح أحداث الانتقال داخل الجزيئات وبين الجزيئات من حيث آلية تفاعل واحدة من النوع "القص واللصق".


            مناقشة

            نوضح هنا أن أنظمة CRISPR-Cas المرتبطة باللينقولات الشبيهة بـ Tn7 تتوسط في نقل الحمض النووي الريبي الموجه من الحمض النووي الريبي وتوضح آليتها. يتوسط ShCAST عمليات الإدراج أحادية الاتجاه في نافذة ضيقة في اتجاه مجرى الهدف وتثبط عمليات الإدراج المتكررة في موقع هدف واحد (الشكل 5). على الرغم من أن ShCAST و AcCAST يُظهران تفضيلات PAM متشابهة ، إلا أن أحد الاختلافات الملحوظة هو أن مواقع الإدراج الخاصة بهما ، بالنسبة إلى PAM ، تختلف من 10 إلى 11 نقطة أساس ، وهو ما يتوافق تقريبًا مع دورة واحدة من الحمض النووي. من المتوقع أن يكشف الاستكشاف الأعمق للجينومات الميكروبية عن أنظمة CAST مع مجموعة من الخصائص المتنوعة ، بما في ذلك تفضيل الاستهداف والنشاط عبر ظروف مختلفة.

            يتوسط مجمع ShCAST الذي يتكون من Cas12k و TnsB و TnsC و TniQ إدخال الحمض النووي من 60 إلى 66 نقطة أساس في اتجاه مجرى PAM. يتم إدخال تسلسلات Transposon LE و RE ، جنبًا إلى جنب مع أي جينات شحن إضافية ، في الحمض النووي مما يؤدي إلى تكرار مواقع الإدخال 5-bp.

            ينتج عن إدخال الحمض النووي المستهدف بواسطة ShCAST دمج عناصر LE و RE وبالتالي فهي ليست طريقة تكامل خالية من الندوب. تتمثل إحدى الإستراتيجيات المحتملة القابلة للتعميم لاستخدام CAST في السياق العلاجي في إدراج exons المصححة في intron قبل exon المتحور (الشكل S11). يمكن أيضًا استخدام CAST لإدخال الجينات المحورة في مواضع "الملاذ الآمن" (34) أو المصب من المحفزات الداخلية بحيث يمكن أن يستفيد التعبير عن الجينات المحورة ذات الأهمية من تنظيم الجينات الذاتية.

            يجب أن تحسن الدراسات الإضافية فهمنا لوظيفة كل وحدة فرعية من transposase في مجمع CAST ، ولا سيما TniQ ، الذي يحتوي على مجال ربط DNA متوقع. افترضنا في الأصل أن TniQ مشابه لبروتين ربط الحمض النووي الخاص بالموقع TnsD لـ Tn7 ، وبالتالي ، قد يكون من الممكن الاستغناء عنه لعمليات الإدراج الموجهة من RNA ، ومع ذلك ، لاحظنا أن TniQ مطلوب لعمليات الإدخال الموجهة RNA في بكتريا قولونية. إن الملاحظة التي يمكن أن تحدث في المختبر يمكن أن تحدث إلى حد محدود في غياب TniQ متوافقة مع النموذج الذي يسهل فيه TniQ تكوين مجمع CAST وليس ضروريًا للوظيفة التحفيزية. لذلك ، قد يكون من الممكن هندسة إصدارات مبسطة من أنظمة CAST بدون TniQ أو مع أجزاء من TniQ.

            أشار تحليلنا إلى أن ShCAST محدد ولكن ، في ظل ظروف الإفراط في التعبير ، يمكن أن يتكامل في المواقع غير المستهدفة في بكتريا قولونية الجينوم عبر آليات مستقلة عن Cas12k ، ويبدو أن هذا التكامل المستقل عن الدليل يفضل الجينات المعبر عنها بدرجة عالية. لاحظنا أيضًا إدخالات غير مستهدفة في pHelper في بكتريا قولونية التي كانت مستقلة عن Cas12k (الشكل S12) وتذكرنا بإدخال Tn7 بوساطة TnsE في البلازميدات الزوجية وتكرار الحمض النووي (27). يمكن أن تحسن هندسة البروتين المستقبلية لمكونات transposase من خصوصية استهداف أنظمة CAST.

            يحدد هذا العمل وظيفة لأنظمة CRISPR-Cas تتجاوز المناعة التكيفية التي لا تتطلب نشاط نوكلياز Cas وتوفر إستراتيجية للإدخال المستهدف للحمض النووي دون إشراك مسارات إعادة التركيب المتماثلة ، مع إمكانية مثيرة بشكل خاص لتحرير الجينوم في الخلايا حقيقية النواة.


            شاهد الفيديو: حل المعادلتين الخطيتين بطريقة الحذف باستعمال الجمع (قد 2022).


تعليقات:

  1. Salkree

    برافو ، فكرتك المفيدة

  2. Randon

    موضوع رائع

  3. Kinnard

    I know one more solution



اكتب رسالة