MBC-2-M4-R1

FUNDAMENTOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR

DNA Repetitivo y Elementos Transponibles

MAESTRÍA DE LA BIOLOGÍA COMPUTACIONAL

Si gran parte de los genomas no son genes o regiones codificantes, ¿qué son?

DNA repetitivo

Maiz ~70%

Trigo ~80%

Cebada ~55%

Ratón ~40%

Arroz ~35%

Zarigueya ~52%

Drosophila~15%

Humano~45%

Arabidopsis ~ 14%

Pez Globo~52%

ETs vs tamaño del genoma

Tendencia hacia una correlación positiva entre el tamaño del genoma y la cantidad de ETs

DNA repetitivo

DNA altamente repetitivoSatélites, Minisatélites, Microsatélites

Satélites, Minisatélites, Microsatélites

Satélites, Minisatélites, Microsatélites

ADN moderadamente repetitivo

Elementos transponibles: Fragmentos de DNA que tienen la capacidad de autoreplicarse y movilizarse dentro del genoma hospedero. Poseen genes que les permiten movilizarse y crear nuevas copias en los genomas.

• Elementos transponibles
• Elementos móviles
• Jumping genes (genes saltarines)
• Mobile genetic elements
• Selfish DNA (DNA egoísta)
• Junk DNA (DNA parasítico)
• DNA repetitivo

Elementos móviles en procariotes

Transposones Tn

Insersion sequences IS Elementos o secuencias de inserción

Simples

Compuestos

Bacteriofago Mu

Elementos transponibles en procariotes

• Tamaño 700-2800 pb
• Se moviliza a través de una transposasa
• Presentan repeticiones invertidas (IRs) de 10-40 pb
• En los flanqueantes presentan target site duplication (TSD/DR)
• o flanking direct repeats (FDR)

• Se mantienen en el genoma por Infección-extinción- reinfección
• Se mantienen por transferencia horizontal
• Se movilizan dentro del genoma y entre genomas.
• Su proliferacion puede conducir a la extincion del hospedero.
• Su proliferacion permite la adaptación pero también actúan en
• la reducción del genoma

IS en procariotes

Transposon simple

• Tn3
• Resistencia ampicilina
• Tamaño 4957 pb
• Transposasa 3000 pb
• TIRs 40 pb
• 5 nucleotidos TSD (target site duplication)

Transposon compuesto

• Segmento determinante de resistencia: Tn3, Tn4, Tn5
• Segmento de transferencia de resistencia: Tn10
• Estos son delimitados por IS que eventualmente pueden disociar las dos partes.

Clasificación de los ETs en los eucariotas

Clase I: Retrotrans-posones

Mecanismos de transposición Eucariotes

Clase II:DNA transposones

ETs en los genomas eucariotas

Función evolutiva

Movilización de ETs en el genoma de eucariotes

Transposición

Recombinación ectópica

• Cambios en la estructura genómica y cromosómica
• Cambios en la expresión génica
• Inestabilidad genómica

• Inversiones
• Deleciones
• Translocacione cromosómicas

Función evolutiva:

Mecanismos mediante los cuales los ETs remodelan los genomas

Exon shuffling RAG1, RAG2 – V(D)J

Es un mecanismo a través del cual 2 o más exones de diferentes genes se juntan para crear una nueva combinación génica

Recombinación de diferentes exones VDJ

Recombinación mediada por RAG1 y RAG2

RAG1 y RAG2 identifican los RSS (recombination signal sequences) Unión específica de RAG1 y RAG2 y formación de una horquilla. Corte de la región de la horquilla. Reparación del DNA cortado. La horquilla es eliminada y se forma una nueva combinación en la cadena codificante.

Inmuno-globulinas en Celulas B

Composición del genoma humano

330 Mb 2% del genoma es codificante de proteinas funcionales 26.000 genes ( 30.000 predicción de genes) 80% produce un transcrito 45% es DNA repetitivo: 20% LINE1 13% SINE (Secuencias Alu)

ETs activos en el genoma humano

SVA elements son∼3 kb no contienen secuencias promotoras y estan formadas por componentes de SINES, VNTR (VNTR, variable number of tandem repeats) y Alu.

Secuencias Alu elements tienen∼300 bp, contienen dos promotores de polimerasa III, generalmente tienen una cola de polyA.) Las nuevas insersiones mediadas por L1 presentan TSD en los extremos. Alu y elementos SVA pueden ser trans-activados por L1. Pseudogenes son generados por mRNA que han portado la maquinaria de L1 y les permiter transcribir de forma reversa e insertarse en el genoma. Son solo exones sin reguines intronicas y no tienen una region promotora. Si se insertan cerca de una región reguladora pueden ser expresados y tener funciones de regulación

ETs y su efecto mutagénico en el genoma humano

Insersiones activas de LINE1 en el genoma humano

Efecto mutagénico en el genoma humano

Susceptibilidad al HIV

La diferencia más drástica entre humanos y chimpancés. El retrovirus endogeneo de Pan troglodytes (PteERV1) fue integrado en el genoma hace 3-4 millones de años : 100 copias en chimpances y gorilas no está presente en humanos. TRIM5 es el gen que confiere resistencia antiviral En chimpaze y gorila Trim5a suprime el HIV En humanos Trim5a suprime PteERV1

La mutación arginina a ácido glutámico en la posición 332 del gen TRIM5 eliminó la especificidad para contrarrestar al HIV pero mantiene la protección ante el PteERV1 Kaiser ,Science 2007

Comparación de insersiones de ETs

Humanos Mayor número de inserciones

Chimpanze

Regulación génica

Transcripcional

a) Insersión cerca a región promotora, nuevo codon iniciob) Disrupción de región promotorac) Introduce un nuevo factor de reconocimiento incrementando la expresiónd) ET antisentido interrumpe transcripcion sentidoe) Centro para formación de heterocromatina y silenciamiento de genes adyacentes

Post-transcripcional

Post-Transcripcional

f) Adición de sitio de poliadenilación g) Adición de un sitio de reconocimiento de microRNA h) Crea splicing alternativo i) Exonización: isoforma o proteina no funcional.

Disrupción génica

Disrupción del gen SILV por un elemento SINE

SILV tiene efecto pleiotrópico produciendo sordera y cambios en el patrón de pigmentación

Disrupción génica

El gen SUN codifica la forma del tomate.Una insersion del elemento Rider (retrotransposon). Produce diversos fenotipos para la forma.

Regulación génica

Regulación génica

Regulación génica

Efecto mutagénico de ETs

Efecto deletéreo Eliminación por selección Acumulación sin función

Incremento de la variabilidad

Controladores de la expresion génica B. McClintock 1943 Evolvavility hipotesis Biemont and Vieira 2006 Lynch 2011

DNA egoista ó parasítico Doolitle and Sapienza 1980 Orgel and Crick 1980 Parasitic hipotesis Charlesworth 1983, 1991

Impacto de los elementos móviles en los genomas