Transposones y Elementos Genéticos Móviles Luis Destefano Beltrán Transposones y Elementos Genéticos Móviles Departamento de Ciencias Biológicas y Fisiológicas Universidad Peruana Cayetano Heredia

Transposones y Elementos Genéticos Móviles Definiciones. Estructura ¿Cómo se mueven? ¿ Cuales son los diferentes mecanismos de transposición. ¿ Cuáles son las aplicaciones prácticas de los EGM’s?

Transposones y Elementos Genéticos Móviles Sin los Elementos Genéticos Móviles no estaríamos aquí y el mundo vivo probablement sería muy diferente al que conocemos ahora. M. Labrador and V. Corces, 2002

Transposones y Elementos Genéticos Móviles “ ….. Un EGM es un segmento de ADN que puede moverse de un lugar a otro en el genoma de un organismo.…. Puede ser sacado de un lugar y ser insertado en otro. El movimiento de un EGM puede producir mutaciones o rearreglos cromosómicos y afectar de esa manera la expresion de otros genes .… ” Nina Fedoroff, 1984.

Características Generales de los Elementos Genéticos Móviles Los elementos genéticos móviles se dividen en dos clases de acuerdo a sus mecanismos de movimiento: Algunos codifican proteínas que mueven al ADN directamente a una nueva posición o duplican el ADN para producir un elemento nuevo que se integra en otro lugar. Estos se encuentran tanto en procariotes como en eucariotes. Otros se relacionan a los retrovirus, codifican una enzima reverso transcriptasa para sintetizar copias de ADN a partir de sus transcritos de ARN, los cuales luego se integran en nuevos sitios. Este tipo sólo se encuentra en eucariotes.

Características Generales de los Elementos Genéticos Móviles La transposición es una recombinación no-homóloga, es decir la inserción de un EGM ocurre en ADN que no tiene homología con el transposon. a. En procariotes la transposición puede ocurrir en el cromosoma del organismo , en un plásmido o en el cromosoma de un fago. b. En eucariotes la inserción puede ser en el mismo cromosoma o en uno diferente.

Características Generales de los Elementos Genéticos Móviles Los EGM’s pueden causar cambios genéticos y han sido involucrados en la evolución tanto de los genomas de los procariotes como de los eucariotes. Los transposones pueden: a. Insertarse en la secuencia codificadora de los genes. b. Aumentar o disminuir la expresion génica insertándose en sus secuencias reguladoras c. Producir mutaciones cromosómicas a través de la mecánica de su transposición.

Barbara McClintock McClintock, B (1941) The stability of broken ends of chromosomes in Zea mays. Genetics 26: 234-282 McClintock, B (1947) The origin and behavior of mutable loci in maize. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 36:344-355. McClintock, B (1951) Chromosome organization and genic expression. Cold Spg Hbr Symp. Quant. Biol. 16: 13-47.

McClintock, B (1953) Induction of instability at selected loci in maize. Genetics 38:579-599. McClintock, B (1958) The Suppressor-mutator system of control of gene action in maize. Carnegie Institution of Washington Yearbook 57:415-429

Genes “saltadores” Elementos Genéticos Móviles Elementos Controladores Transposones

Rotura cromosómica en el locus Ds en maíz

Nuevos fenotipos generados en maíz por el movimiento del elemento Ds en el Cromosoma 9

Elementos Genéticos Móviles en Procariotes

EGM’s en Procariotes

EGM’s en Procariotes

Transposon Tn5 Tnp the source and the 19 bp end seq, 476 aas long, wild type TNP very inactive protein, amino terminal is DNA binding domain, carboxy end contains dimerization domain, mutations can increase activity 4 orders of magnitude from basal 1 event in 100,000 cells.

Mecanismo de Transposición de Transposon Tn5 Inh protein acts as a trans dominant negative inhibitor of Tnp activity by forming inactive Inh::Tnp dimers.

Transposon Tn7 Estructura 3 binding sites in Tn7-L y 4 in Tn7-R.

TnsA y TnsB forman una transposasa heteromérica

Duplicación de una secuencia corta de ADN en el sitio de inserción

Mecanismos de Transposición

Transposición Replicativa Shapiro, J. 1979. Molecular model for the transposition and Replication of bacteriophage Mu and other transposable elements. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76:1933-1937.

Transposición No Replicativa

¿Por qué la transposición no replicativa es difícil de probar?

Evidencia que la transposición no replicativa sucede in vivo Bender, J y Kleckner, N (1986), Cell 45: 801-815

Plásmido con transposones simples y compuestos portando genes de resistencia

Aplicaciones de la Tecnología In Vivo Transposomics

Transposoma EZ::TN™ portando el gen reportero bioluminicente luxCDABE en E. coli

Elementos Genéticos Móviles en Eucariotes

Características Estructurales y Clasificación de EGM’s Eucariotos

Características Estructurales y Clasificación de EGM’s Eucariotos

Estructura de los EGM’s Helitron y Mecanismo de Transposicion del tipo Rolling Circle Comprenden cerca del 2% de los genomas de Arabidopsis thaliana y C. elegans. No generan target site duplication Apuntan al dinucleotido AT No tienen IR terminales La mayoría son no autónomos En A. thaliana hay unas 10 sub- familias homogéneas de elementos no autónomos con miembros que varían de 0.5 a 3 kb. Los autónomos llegan a 5.5 – 15 kb

Retroposición de Retrotransposones No-LTR (LINEs) por “Target Primed Reverse Transcription, TPRT

EGM’s causan inversión cromosómica y expresión génica alterada en poblaciones naturales de Drosophila

EGM’s encontrados en el gen humano HGO

EGM’s en cereales son responsables por las diferencias en el tamaño del genoma

Transferencia Horizontal (TH) de Elementos Genéticos Móviles Los EGM’s también son capaces de cruzar los límites entre especies y entrar a genomas nuevos. La frecuencia de TH varia de familia a familia de EGM’s. TH parece predominar entre familias en los que el número de copias es controlado principalmente por mecanismos auto-regulatorios que limitan su transposición

TH es un fenómeno muy extendido

Distribución y TH de Elementos P en la familia Drosophillidae

TH: Vectors y Oportunidades

Factores que afectan la frecuecia de Transferencia Horizontal Un evento de TH, definido como la invasión exitosa de un EGM en una nueva especie, puede ser dividido en dos fases: La transferencia de ADN de la especie donadora a la receptora: - Transferencia física del EGM, - La integracion estable del EGM en la línea germinal de la especie receptora (gradiente de TH refleja la presencia de intermediarios de ADN), y - La expresión de las secuencias codificadoras del EGM. El inmediato aumento del número de copias del EGM al interior de la célula. Probabilidad disminuye con (1/2)n. Si un individuo tiene 10 copias la p es menos de 1/1000.

Estadios en el ciclo de vida de un hipotético EGM auto-regulado de Clase II

Cold Spring Harbor Laboratory, NY, 1986