Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Мобильные генетические элементы ( MGE ), иногда называемые эгоистичными генетическими элементами [1], представляют собой тип генетического материала, который может перемещаться внутри генома или передаваться от одного вида или репликона к другому. МГЭ присутствуют во всех организмах. Считается, что у человека примерно 50% генома составляют MGE. [2] MGE играют особую роль в эволюции. События дупликации генов также могут происходить через механизм MGE. MGE также могут вызывать мутации в областях, кодирующих белок, что изменяет функции белка. Они также могут перестраивать гены в геноме хозяина. Одним из примеров MGE в эволюционном контексте является то, что факторы вирулентности и устойчивость к антибиотикамгены MGE могут транспортироваться, чтобы делиться ими с соседними бактериями. Вновь приобретенные гены с помощью этого механизма могут улучшить физическую форму за счет получения новых или дополнительных функций. С другой стороны, MGE могут также снижать приспособленность, вводя вызывающие болезнь аллели или мутации. [3]

Мобильные генетические элементы в клетке (слева) и способы их получения (справа)

Типы [ править ]

  • Транспозоны (также называемые мобильными элементами) - это последовательности ДНК, которые могут перемещать участки внутри генома, включая ретротранспозоны и транспозоны ДНК.
    • Ретротранспозоны - наиболее распространенный класс транспозонов у млекопитающих. [4] РНК-транскрипт MGE копируется обратной транскриптазой. Затем последовательность ДНК может быть вставлена ​​обратно в случайное место генома. [5]
    • Транспозоны ДНК - это сегменты ДНК, которые могут перемещаться в новое место с помощью стратегии «вырезать и вставить».
  • Плазмиды бактерий являются передаваемым генетическим элементом посредством бактериальной конъюгации . Это механизм горизонтального переноса генов, который позволяет бактериям иметь общие факторы вирулентности и гены устойчивости к антибиотикам.
  • Элементы бактериофага , такие как Mu , случайным образом интегрируются в геном путем трансдукции . [6] В более широком смысле некоторые авторы рассматривают все вирусы и субвирусные агенты ( сателлиты и вироиды ) как мобильные генетические элементы. [1]
  • Интроны группы I и группы II являются продуктом самосплайсинга в транскриптах хозяина, и они действуют как  рибозимы, которые могут вторгаться в тРНК, рРНК и гены, кодирующие белок в бактериях. [7]
  • Интегроны : это генные кассеты, которые часто несут гены устойчивости к антибиотикам бактериальным плазмидам и транспозонам. [1]

Примеры исследований [ править ]

Системы CRISPR-Cas у бактерий и архей представляют собой адаптивные иммунные системы для защиты от смертельных последствий от MGE. Используя сравнительный геномный и филогенетический анализ, исследователи обнаружили, что варианты CRISPR-Cas связаны с различными типами MGE, такими как мобильные элементы. Кроме того, CRISPR-Cas контролирует переносимые элементы для их распространения. [8]

MGE, такие как плазмиды путем горизонтальной передачи, обычно полезны для организма. Возможность передачи плазмид (совместного использования) важна с эволюционной точки зрения. Таззиман и Бонхёффер обнаружили, что фиксация (получение) перенесенных плазмид в новый организм так же важна, как и возможность их переноса. [9] Полезные редкие и переносимые плазмиды имеют более высокую вероятность фиксации, тогда как вредные переносимые генетические элементы имеют более низкую вероятность фиксации, чтобы избежать летального исхода для организмов-хозяев.

Один тип MGE, а именно интегративные конъюгативные элементы (ICE), играют центральную роль в горизонтальном переносе генов, формирующем геномы прокариот, что позволяет быстро приобретать новые адаптивные черты. [10] [11]

В качестве репрезентативного примера ICEs, ICE Bs1 хорошо охарактеризован своей ролью в глобальном SOS-ответе на повреждение ДНК Bacillus subtilis [12], а также его потенциальной связью с радиационной устойчивостью и устойчивостью к высыханию спор Bacillus pumilus SAFR-032, [ 13] изолированы от чистых помещений космического корабля. [14] [15] [16]

Транспозиция мобильными элементами мутагенна. Таким образом, организмы эволюционировали, чтобы подавлять события транспозиции, и неспособность подавить события вызывает рак в соматических клетках. Cecco et al. обнаружили, что в раннем возрасте транскрипция ретротранспозиционных элементов у мышей минимальна, но в пожилом возрасте уровень транскрипции увеличивается. [17] Этот зависящий от возраста уровень экспрессии мобильных элементов снижается диетой с ограничением калорий.

Заболевания [ править ]

Последствия мобильных генетических элементов могут изменять образцы транскрипции, что часто приводит к генетическим нарушениям, таким как иммунные нарушения, рак груди, рассеянный склероз и боковой амиотрофический склероз. У людей стресс может приводить к транзакционной активации MGE, таких как эндогенные ретровирусы , и эта активация связана с нейродегенерацией . [18]

Другие примечания [ править ]

Совокупность всех мобильных генетических элементов в геноме может называться мобиломом .

Барбара МакКлинток была удостоена Нобелевской премии по физиологии и медицине 1983 года «за открытие мобильных генетических элементов» ( мобильных элементов ). [19]

Мобильные генетические элементы играют решающую роль в распространении факторов вирулентности, таких как экзотоксины и экзоферменты , среди бактерий. Были предложены стратегии борьбы с некоторыми бактериальными инфекциями путем воздействия на эти специфические факторы вирулентности и мобильные генетические элементы. [20]

См. Также [ править ]

  • База данных ACLAME (Классификация мобильных генетических элементов)
  • Горизонтальный перенос генов
  • Факторы вирулентности

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Вирусы и мобильные элементы как движущие силы эволюционных переходов . NCBI.
  2. ^ Mu, X .; Ahmad, S .; Гур, С. (2016). Эндогенные ретроэлементы и сенсоры врожденного иммунитета хозяина . Успехи иммунологии. 132 . С. 47–69. DOI : 10.1016 / bs.ai.2016.07.001 . ISBN 9780128047972. PMC  5135014 . PMID  27769507 .
  3. ^ Сингх, Пармит Кумар; Бурк, Гийом; Craig, Nancy L .; Дубнау, Джош Т .; Фешотт, Седрик; Flasch, Diane A .; Gunderson, Kevin L .; Малик, Хармит Сингх; Моран, Джон В. (18 ноября 2014 г.). «Мобильные генетические элементы и эволюция генома 2014» . Мобильная ДНК . 5 : 26. DOI : 10,1186 / 1759-8753-5-26 . PMC 4363357 . PMID 30117500 .  
  4. ^ Ричардсон, Сандра Р .; Гарсия-Перес, Хосе Луис; Doucet, Aurélien J .; Kopera, Huira C .; Молдован, Джон Б .; Моран, Джон В. (2015-03-05). «Влияние ретротранспозонов LINE-1 и SINE на геномы млекопитающих» . Спектр микробиологии . 3 (2): 1165–1208. DOI : 10.1128 / microbiolspec.mdna3-0061-2014 . ISBN 9781555819200. PMC  4498412 . PMID  26104698 .
  5. ^ Сюй, Эллен; Льюис, Сюзанна М. (2015). «Происхождение V (D) J диверсификации». Молекулярная биология В-клеток . С. 133–149. DOI : 10.1016 / b978-0-12-397933-9.00009-6 . ISBN 9780123979339.
  6. ^ Рэнкин, DJ; Роча, EPC; Браун, СП (январь 2011 г.). «Какие черты несут мобильные генетические элементы и почему?» . Наследственность . 106 (1): 1–10. DOI : 10.1038 / hdy.2010.24 . PMC 3183850 . PMID 20332804 .  
  7. ^ Хауснер, Георг; Хафез, Мохамед; Эджелл, Дэвид Р. (10 марта 2014 г.). «Бактериальные интроны группы I: мобильные РНК-катализаторы» . Мобильная ДНК . 5 (1): 8. DOI : 10,1186 / 1759-8753-5-8 . PMC 3984707 . PMID 24612670 .  
  8. ^ Петерс, Джозеф E .; Макарова, Кира С .; Шмаков, Сергей; Кунин, Евгений В. (2017-08-29). «Рекрутирование систем CRISPR-Cas с помощью Tn7-подобных транспозонов» . Труды Национальной академии наук . 114 (35): E7358 – E7366. DOI : 10.1073 / pnas.1709035114 . PMC 5584455 . PMID 28811374 .  
  9. ^ Tazzyman, Сэмюэл Дж .; Бонхёффер, Себастьян (2013). «Вероятность фиксации мобильных генетических элементов, например плазмид» . Теоретическая популяционная биология . 90 : 49–55. DOI : 10.1016 / j.tpb.2013.09.012 . PMID 24080312 . 
  10. ^ Guglielmini J, L Quintais, Гарсильян-Барсиа MP, де - ла - Крус F, Rocha EP (август 2018). «Репертуар ICE у прокариот подчеркивает единство, разнообразие и повсеместность конъюгации» . PLoS Genet . 7 (8): e1002222. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1002222 . PMC 3158045 . PMID 21876676 .  
  11. ^ Возняк Р.А., Вальдор МК (август 2010). «Интегративные и конъюгативные элементы: мозаичные мобильные генетические элементы, обеспечивающие динамический латеральный поток генов» . Nat Rev Microbiol . 8 (8): 552–563. DOI : 10.1038 / nrmicro2382 . PMID 20601965 . 
  12. ^ Auchtung JM, Lee CA, Гаррисон KL, Гроссман AD (июнь 2007). «Определение и характеристика иммунитета репрессора (ImmR) , который управляет мобильным генетическим элемент ICE Bs1 из Bacillus зиЫШза » . PLoS Genet . 64 (6): 1515–1528. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.2007.05748.x . PMC 3320793 . PMID 17511812 .  
  13. ^ Tirumalai MR, Fox GE (сентябрь 2013). «Элемент, подобный ICEBs1, может быть связан с крайней радиационной и высыхающей устойчивостью спор Bacillus pumilus SAFR-032» . Экстремофилы . 17 (5): 767–774. DOI : 10.1007 / s00792-013-0559-Z . PMID 23812891 . 
  14. Перейти ↑ Link L, Sawyer J, Venkateswaran K, Nicholson W (февраль 2004 г.). « Исключительная стойкость к ультрафиолетовому излучению спор изолятов Bacillus pumilus, полученных из сверхчистой сборки космических аппаратов» Microb Ecol . 47 (2): 159–163. DOI : 10.1007 / s00248-003-1029-4 . PMID 14502417 . 
  15. ^ Ньюкомб DA, Schuerger AC, Benardini JN, Дикинсон D, Tanner R, Венкатесваран K (декабрь 2005). «Выживание микроорганизмов, связанных с космическими кораблями, при моделировании марсианского УФ-излучения» . Appl Environ Microbiol . 71 (12): 8147–8156. DOI : 10,1128 / AEM.71.12.8147-8156.2005 . PMC 1317311 . PMID 16332797 .  
  16. ^ Кемпф MJ, Chen F, Керн R, Венкатесваран K (июнь 2005). «Повторная изоляция устойчивых к перекиси водорода спор Bacillus pumilus из сборочного цеха космического корабля» . Астробиология . 5 (3): 391–405. DOI : 10.1089 / ast.2005.5.391 . PMID 15941382 . 
  17. ^ Де Чекко, Марко; Criscione, Стивен В .; Peterson, Abigail L .; Неретти, Никола; Седивы, Джон М .; Крейлинг, Джилл А. (2013). «Мобильные элементы становятся активными и мобильными в геномах стареющих соматических тканей млекопитающих» . Старение . 5 (12): 867–883. DOI : 10.18632 / старение.100621 . PMC 3883704 . PMID 24323947 .  
  18. ↑ Антоний, Джозеф М; Марле, Гвидо ван; Opii, Wycliffe; Баттерфилд, Д. Аллан; Малле, Франсуа; Йонг, Вун Ви; Уоллес, Джон Л; Дьякон, Роберт М; Уоррен, Кеннет (октябрь 2004 г.). «Индукция окислительно-восстановительных реагентов, опосредованная гликопротеином эндогенного ретровируса человека, вызывает гибель олигодендроцитов и демиелинизацию». Природа Неврологии . 7 (10): 1088–1095. DOI : 10.1038 / nn1319 . PMID 15452578 . 
  19. ^ "Нобелевская премия по физиологии и медицине 1983" . nobelprize.org . Проверено 14 июля 2010 года .
  20. ^ Кин, EC (декабрь 2012 г.). «Парадигмы патогенеза: нацеливание на мобильные генетические элементы болезни» . Границы клеточной и инфекционной микробиологии . 2 : 161. DOI : 10.3389 / fcimb.2012.00161 . PMC 3522046 . PMID 23248780 .  

Библиография [ править ]

  • Миллер, WJ; Кэпи, П., ред. (2004), Мобильные генетические элементы: протоколы и геномные приложения , Humana Press, ISBN 978-1-58829-007-6
  • Шапиро, JA , изд. (1983), Мобильные генетические элементы , Academic Press, ISBN 978-0-12-638680-6