Введение
Молекулярный механизм образования новых генов Другой механизм, с помощью которого происходит перетасовка экзонов, - это использование гелитронов. Транспозоны гелитрона впервые были обнаружены во время исследований повторяющихся сегментов ДНК геномов риса, червей и гребенки тале. Гелитроны были идентифицированы во всех эукариотических царствах, но количество копий варьируется от вида к виду. Гелитронокодированные белки состоят из инициатора репликации (Rep) и домена геликазы ДНК (Hel). Домен Rep участвует в каталитических реакциях эндонуклеолитического расщепления, переноса ДНК и лигации. Кроме того, этот домен содержит три мотива. Первый мотив необходим для связывания ДНК. Второй мотив имеет два гистидина и участвует в связывании ионов металлов. Наконец, третий мотив имеет два тирозина и катализирует расщепление и лигацию ДНК. Существует три модели захвата генов гелитронами: модель "прочитанная" 1 (RTM1), модель "прочитанная" 2 (RTM2) и модель наполнительной ДНК (FDNA). Согласно модели RTM1 случайная "неисправность" терминатора репликации на 3'-конце гелитрона приводит к транспозиции геномной ДНК. Он состоит из элемента Helitron и его нижних геномных областей, окруженных случайным участком ДНК, служащим в качестве "de novo" RC-терминатора. Согласно модели RTM2, 3'-концевой конец другого Helitron служит в качестве RC-конца транспозиции. Это происходит после неисправности терминатора RC. Наконец, в модели FDNA части генов или некодирующих областей могут случайно служить шаблонами во время восстановления разломов ДНК, возникающих в гелитронах. Несмотря на то, что гелитроны оказались очень важным эволюционным инструментом, конкретные детали их механизмов транспонирования еще предстоит определить. Примером эволюции с помощью гелитронов является разнообразие, обычно встречающееся в кукурузе. Гелитроны в кукурузе вызывают постоянную смену генетических и негенетических областей с помощью транспозируемых элементов, что приводит к разнообразию между различными линиями кукурузы.
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.
Длиннотерминальные ретротранспозоны (LTR)
Длиннотерминальные ретротранспозоны (ДТР) являются частью другого механизма, с помощью которого происходит перемешивание экзонов. Они обычно кодируют два открытых читательных кадра (ORF). Первый ORF, названный gag, связан с вирусными структурными белками. Второй ORF, названный pol, представляет собой полипротеин, состоящий из аспартической протеазы (AP), которая расщепляет полипротеин, Rnase H (RH), которая расщепляет гибрид DNR RNA, обратной транскриптазы (RT), которая производит копию cDNA транспозионной РНК, и DDE-интегразы, которая вставляет cDNA в геном хозяина. Кроме того, ретротранспонсы LTR классифицируются в пять подсемейств: Ty1/copia, Ty3/gypsy, Bel/Pao, ретровирусы и эндогенные ретровирусы. Ретротранспонсоны LTR требуют промежуточного РНК в своем механизме цикла транспозиции. Ретротранспонсоны синтезируют копию сДНК на основе РНК- нитки с помощью обратной транскриптазы, связанной с ретровирусным РТ. Затем копия сДНК вставляется в новые геномные позиции для образования ретрогена. Этот механизм оказался важным в эволюции генов риса и других видов травы посредством перемещения экзонов.
Транспозоны с терминальными инвертированными повторениями (TIR)
Транспозон ДНК с терминальными инвертированными повторениями (ТИР) также может способствовать смешиванию генов. В растениях некоторые неавтономные элементы, называемые Pack TYPE, могут захватывать фрагменты генов во время их мобилизации. Этот процесс, по-видимому, опосредован приобретением генетической ДНК, находящейся между соседними транспозонами типа Pack TYPE, и ее последующей мобилизацией.
Незаконная рекомбинация
Наконец, незаконная рекомбинация (IR) является еще одним из механизмов, с помощью которых происходит перемешивание экзонов. IR - это рекомбинация между короткими гомологичными последовательностями или не гомологичными последовательностями. Существует два класса ИР: первый соответствует ошибкам ферментов, которые режут и соединяют ДНК (т. е. DNases). Этот процесс инициируется белком репликации, который помогает генерировать праймер для синтеза ДНК. Пока синтезируется одна нить ДНК, другая смещается. Этот процесс заканчивается, когда смещенная нить соединяется концами тем же самым белком репликации. Второй класс ИР соответствует рекомбинации коротких гомологичных последовательностей, которые не распознаются ранее упомянутыми ферментами. Однако они могут быть распознаны неспецифическими ферментами, которые вводят разрывы между повторениями. Затем концы удаляются экзонуклеазой, чтобы выявить повторения. Затем повторные отжиги и полученная молекула восстанавливается с помощью полимеразы и лигазы.