Elementele genetice mobile

Elementele genetice mobile sunt secvențe de ADN care se pot deplasa sau copia în alte poziții ale genomului. Ele se numesc adesea transpozoni. Unele se mută printr-un intermediar ARN, care este copiat înapoi în ADN; altele folosesc mecanisme de deplasare directă a ADN-ului. Aceste elemente au contribuit la mărimea și evoluția genomurilor. Dacă se inserează într-o genă sau lângă o regiune de reglare, pot modifica funcția sau expresia acelei gene.

Majoritatea exemplarelor acestor elemente din genomul uman nu se deplasează activ în fiecare celulă. Unele sunt inactivate, fragmentate sau controlate de mecanisme celulare. Elementele mobile nu sunt același lucru cu virusurile, deși au relații evolutive și mecanisme parțial asemănătoare. Nu descrie o mutație produsă de transpoziție ca pe o decizie a celulei de a se adapta. Într-o schemă, urmărește secvența inițială, mecanismul de copiere ori mutare și noul loc de inserție. Lecțiile ADN necodificator și secvențe repetitive, Mutațiile: tipuri și efecte și Epigenetica arată unde se găsesc multe astfel de secvențe, ce efecte pot avea și cum poate fi limitată activitatea lor.

Retrotranspozonii folosesc reverstranscriptază și un intermediar ARN; transpozonii ADN pot folosi o transpozază. Inserția poate întrerupe o secvență codificatoare sau altera reglajul. Metilarea ADN și alte mecanisme epigenetice reduc adesea activitatea lor. Repetițiile provenite din elemente mobile pot fi cooptate evolutiv în secvențe reglatoare, dar cele mai multe copii nu au această funcție demonstrată.

Un transpozon este o secvență de ADN capabilă să își schimbe poziția în genom, uneori prin intermediul unei copii ARN. Dacă inserția are loc într-o regiune codantă, poate întrerupe gena; dacă apare lângă un promotor, poate modifica exprimarea. Astfel, același mecanism poate produce mutații diferite în funcție de locul inserției.

Descoperite de Barbara McClintock la porumb (Premiul Nobel, 1983), elementele mobile se grupează în retrotranspozoni (mecanism de tip copiere–lipire: ADN → ARN → ADN, cu reverstranscriptază; exemple LINE-1 și Alu) și transpozoni ADN (mecanism de tip tăiere–lipire, cu transpozază). La inserție apar repetiții directe scurte ale locului-țintă (de câteva perechi de baze) de o parte și de alta a elementului. În genomul uman, LINE-1 are aproximativ 6 000 de perechi de baze; majoritatea copiilor sunt trunchiate și inactive, iar doar aproximativ o sută pot încă să se mute. Inserțiile noi pot produce boli: într-un caz documentat, hemofilia A a apărut prin inserția unui LINE-1 în gena factorului VIII. La bacterii, transpozonii pot transporta gene de rezistență la antibiotice și le răspândesc între plasmide.

Exemplu rezolvat 1: boabele pătate de porumb. Gena C face boabele colorate; elementul Ds inserat în ea o inactivează.

1. Un bob cu elementul Ds în gena C este incolor, deoarece gena nu funcționează.
2. Dacă în câteva celule ale bobului elementul Ds se excizează (cu ajutorul elementului Ac, care produce transpozaza), gena C redevine funcțională.
3. Celulele respective și descendenții lor produc pigment și apar ca pete colorate pe fond incolor. Cu cât excizia are loc mai devreme în dezvoltare, cu atât petele sunt mai mari.

Exemplu rezolvat 2: răspândirea rezistenței la antibiotice.

1. O bacterie are un transpozon cu o genă de rezistență la un antibiotic, în cromozom.
2. Prin transpoziție, elementul se inserează într-o plasmidă care conține și gene pentru transferul prin conjugare.
3. Plasmida trece într-o bacterie a altei specii prin conjugare, iar bacteria primește rezistența. Astfel, rezistența se răspândește între specii, nu doar de la o bacterie la descendenții ei.

Transpoziția este rară în celula normală, fiindcă este controlată: metilarea ADN-ului reduce transcrierea elementelor, iar ARN-urile mici de tip piARN (în linia germinală) distrug transcriptele lor. Când aceste mecanisme slăbesc, rata transpoziției crește și poate duce la instabilitate genomică.

Greșeli frecvente

• Greșit: Toate elementele mobile sunt active în fiecare celulă.
  Corect: Activitatea lor variază și este controlată în multe contexte.
• Greșit: Inserția unui element mobil este o adaptare intenționată la nevoie.
  Corect: Mișcarea elementelor nu este orientată conștient spre o nevoie a organismului.
• Greșit: Retrotranspozonii se mută tăindu-se din locul vechi și lipindu-se în alt loc.
  Corect: Retrotranspozonii se copiază printr-un intermediar ARN; copia nouă se inserează într-un alt loc, iar originalul rămâne.

Înainte și după