Кіріспе
Жаңа гендердің пайда болуының молекулалық механизмі Екзондардың араласуы гелитрондар арқылы жүзеге асады. Гелитрон транспозиондары алғаш рет күріш, құрт және таль қыртысының геномдарының қайталанатын ДНК сегменттерін зерттеу кезінде табылды. Гелитрондар барлық эукариоттық патшалықтарда анықталды, бірақ олардың саны түрге байланысты әр түрлі. Гелитрондармен кодталған ақуыздар дөңгелек (RC) репликация инициаторынан (Rep) және ДНК геликаза (Hel) доменінен тұрады. Rep домені эндонуклеолитикалық бөліну, ДНҚ трансфері және лигация үшін каталитикалық реакцияларға қатысады. Сонымен қатар, бұл доменде үш мотив бар. Бірінші мотив ДНК-ның байланысуы үшін қажет. Екінші мотивте екі гистидин бар және металл иондарының байланысына қатысады. Үшінші мотивте екі тирозин бар және ДНК-ның бөлінуін және байлануын катализациялайды. Гелитрондармен генді алудың үш моделі бар: "оқу арқылы" 1-ші модель (RTM1), "оқу арқылы" 2-ші модель (RTM2) және толтырғыш ДНК моделі (FDNA). RTM1 моделі бойынша, гелитронның 3' шетіндегі репликация терминаторының кездейсоқ "қателігі" геномдық ДНК-ның транспозициясына әкеледі. Ол Helitron элементі арқылы оқылған және оның төменгі геномдық аймақтарынан тұрады, оның қасында кездейсоқ ДНК сайты бар, ол "de novo" RC терминаторы ретінде қызмет етеді. RTM2 моделі бойынша басқа Helitron-дың 3' терминалы RC транспозицияның терминаторы ретінде қызмет етеді. Бұл RC терминаторының бұзылуынан кейін болады. Ақырында, FDNA модельінде гендердің бөліктері немесе кодтамайтын аймақтар гелитрондарда пайда болатын ds ДНК сынықтарын жөндеу кезінде кездейсоқ үлгілер ретінде қызмет ете алады. Гелитрондар өте маңызды эволюциялық құрал екені дәлелденгенмен, олардың транспозиция механизмдерінің нақты детальдары әлі анықталмаған. Гелитрондарды қолдану арқылы эволюцияның мысалы - жүгеріде жиі кездесетін әртүрлілік. Астық тұқымдасындағы гелитрондар трансплантацияланатын элементтерді пайдалану арқылы генетикалық және генетикалық емес аймақтардың тұрақты өзгеруіне әкеледі, бұл түрлі астық тұқымдастарының әртүрлілігіне әкеледі.
Another mechanism through which exon shuffling occurs is by the usage of helitrons. Helitron transposons were first discovered during studies of repetitive DNA segments of rice, worm and the thale crest genomes. Helitrons have been identified in all eukaryotic kingdoms, but the number of copies varies from species to species. Helitron encoded proteins are composed of a rolling circle (RC) replication initiator (Rep) and a DNA helicase (Hel) domain. The Rep domain is involved in the catalytic reactions for endonucleolytic cleavage, DNA transfer and ligation. In addition this domain contains three motifs. The first motif is necessary for DNA binding. The second motif has two histidines and is involved in metal ion binding. Lastly the third motif has two tyrosines and catalyzes DNA cleavage and ligation. There are three models of gene capture by helitrons: the 'read through" model 1 (RTM1), the 'read through" model 2 (RTM2) and a filler DNA model (FDNA). According to the RTM1 model an accidental "malfunction" of the replication terminator at the 3' end of the Helitron leads to transposition of genomic DNA. It is composed of the read through Helitron element and its downstream genomic regions, flanked by a random DNA site, serving as a "de novo" RC terminator. According to the RTM2 model the 3' terminus of another Helitron serves as an RC terminator of transposition. This occurs after a malfunction of the RC terminator. Lastly in the FDNA model portions of genes or non coding regions can accidentally serve as templates during repair of ds DNA breaks occurring in helitrons. Even though helitrons have been proven to be a very important evolutionary tool, the specific details for their mechanisms of transposition are yet to be defined. An example of evolution by using helitrons is the diversity commonly found in maize. Helitrons in maize cause a constant change of genic and nongenic regions by using transposable elements, leading to diversity among different maize lines.
Ұзын терминалдық қайталау (LTR) ретротранспозондары
Ұзақ терминалды қайталау (LTR) ретротранспозондары экзонды араластыру арқылы жүзеге асырылатын басқа механизмнің бөлігі болып табылады. Олар әдетте екі ашық оқу фреймін (ORF) кодтайды. Бірінші ОРФ - гег вирустың құрылымдық ақуыздарына қатысты. Екінші ORF - полипротеин, ол полипротеинді ажырататын аспартикалық протеазадан (AP), DNR РНК гибридті бөлетін Rnase H (RH), транспозон РНК-ның cDNA көшірмесін шығаратын кері транскриптазадан (RT) және DDE интегразасынан тұрады, ол cDNA-ны иесі геномға енгізеді. Сонымен қатар, LTR ретротранспондары бес кіші топқа бөлінеді: Ty1/copia, Ty3/gypsy, Bel/Pao, ретровирустар және эндогенді ретровирустар. LTR ретротранспонсондарына олардың транспозициялық цикл механизмі үшін РНК аралық қажет. Ретротранспонсондар РНК желісі негізінде ретровирустық РТ- ге қатысты кері транскриптазаны қолдана отырып, сДНК көшірмесін синтездейді. Кейін ретрогенді қалыптастыру үшін кДҚН көшірмесі жаңа геномдық позицияларға енгізіледі. Бұл механизмнің күріш пен басқа да шөп түрлерінің гендік эволюциясында экзондық аралас арқылы маңызды екені дәлелденді.
Терминалдық кері қайталанулары бар транспозондар (TIR)
Терминалдық кері қайталанулары бар ДНК транспозоны (ТИР) гендердің аралас-құрылғысына да ықпал етеді. Өсімдіктерде Pack TYPE деп аталатын кейбір автономсыз элементтер олардың жұмылдыру кезінде ген фрагменттерін ұстап алады. Бұл процесс көршілес Pack TYPE транспозондарының арасында орналасқан гендік ДНК- нің алынуы және оның кейінгі жұмылдырылуы арқылы жүзеге асады.
Заңсыз рекомбинация
Соңында, заңсыз рекомбинация (IR) - экзонды араластырудың тағы бір механизмі. IR - қысқа гомологты немесе гомолог емес реттіліктердің рекомбинациясы. ИР-дің екі класы бар: біріншісі ДНК-ны кесіп, қосылатын ферменттердің қателеріне сәйкес келеді (яғни DNases). Бұл процесті репликациялық белок бастайды, ол ДНК синтезі үшін праймерді жасауға көмектеседі. Бір ДНК желісі синтезделіп жатқанда, екіншісі ауысып жатыр. Бұл процесс ығысқан жіптің ұштарын бірдей репликациялық белокпен біріктірген кезде аяқталады. IR-дің екінші класы жоғарыда аталған ферменттер танымайтын қысқа гомологтық тізбектердің рекомбинациясына сәйкес келеді. Алайда оларды қайталаулар арасында кесулерді енгізетін ерекше емес ферменттермен тануға болады. Сосын экзонуклеаза арқылы ұштарын алып тастап, қайталануларын көрсетеді. Содан кейін қайталанулар отталады және пайда болған молекула полимераза мен лигаза арқылы жөнделеді.