טרנספוזון
טרנספוזונים (Transposon) הם רצפי DNA ניידים, היכולים לנוע מאתר לאתר בתוך הגנום של אותו תא, בתהליך שנקרא טרנספוזיציה. בתהליך זה הם עשויים לגרום למוטציה במידה והם נכנסים לתוך אקסונים (החלק בגן היכול לקודד לחלבון) ואף לשנות את כמותם בגנום (סך הDNA שבגרעין), כלומר להשתכפל. טרנספוזונים מכונים לעיתים גנים קופצים, אך ביטוי זה שגוי מפני שאינם נחשבים גנים, ורק חלק מהטרנספוזונים מקודדים לחלבונים שמשתתפים בטרנספוזיציה. טרנספוזונים הם אחד מסוגים של אלמנטים גנטיים ניידים
טרנספוזונים מClass II יכולים להעתיק את מקומם בגנום באופן ישיר (במנגנון שנקרא "Cut and paste", 'חיתוך והדבקה'), בעוד שרטרוטרנספוזונים מClass I חייבים לעבור שעתוק ל-RNA ולאחר מכן חזרה ל-DNA על ידי האנזים רוורס טרנסקריפטאז. טרנספוזונים יעילים מאד לחוקרים ככלי לבחינת שינויים ביצורים חיים.
מנגנון
טרנספוזון (מClass II) זקוק לאנזים טרנספוזאז, שמקוּדַד על ידי הטרנספוזון עצמו או על ידי טרנספוזונים אחרים מאותה המשפחה. קצוות הטרנספוזון כוללים חזרות מהופכות (רצף זהה שנקרא בכיוונים הפוכים); הטרנספוזאז נדבק לחזרות של הטרנספוזון ושל אתר המטרה בגנום שאליו הטרנספוזון עתיד לנוע. אתר מטרה זה נחתך ומותיר "קצוות דביקים". הטרנספוזון עובר בשלב זה איחוי (ליגציה) לאתר המטרה, הפערים ממולאים, והתוצאה היא חזרות מכוונות.
רטרוטרנספוזון (מClass I) זקוק לאנזימים שונים שישתתפו בתהליך השעתוק, שעתוק הפוך ואינטגרציה לאתר המטרה בגנום. הרטרוטרנספוזון משתמש גם באנזימים קיימים בתא וגם בכאלו שהוא או אלמנט אחר מאותה המשפחה מקודד להם. תהליך ה"רטרוטרנספוזיציה" כולל שעתוק של רצף הDNA של האלמנט למולקולת RNA, שעתוק הפוך של מולקולת הRNA חזרה לcDNA, כניסה של הcDNA חזרה לתוך הגרעין ואינטגרציה לתוך אתר המטרה בגנום. בסוף תהליך זה ישנם שני עותקים זהים (האלמנט המקורי+החדש).
דוגמאות
הטרנספוזונים הראשונים התגלו בתירס על ידי ברברה מקלינטוק ב-1944. גילוי זה זיכה אותה בפרס נובל ב-1983. היא הבחינה בהחדרות, במחיקות ובטרנסלוקציות (קטע DNA המעתיק את מקומו), והסיקה מכך את קיום הטרנספוזונים. אלמנטים אלה גרמו לשינוי בצבע התירס (מסגול לצהוב והפוך). בערך 50% מהגנום של צמח זה מכיל טרנספוזונים, דבר המתבטא במגוון צבעי גרעיני התירס.
טרנספוזונים בדרוזופילה (זבוב הפירות, בעל החיים הנחקר ביותר בגנטיקה) מכונים אלמנטי P. נראה שהם הופיעו במין זה רק לפני 50 שנים, ומאז התפשטו בכל המין. אלמנטי P מלאכותיים משמשים להחדרת גנים לדרוזופילה על ידי הזרקה לעובר.
טרנספוזונים בחיידק נושאים בדרך-כלל גן אחר נוסף לטרנספוזאז. לעיתים מקודד הגן הנוסף עמידות לאנטיביוטיקה. בחיידקים, טרנספוזונים יכולים לקפוץ מהכרומוזום לפלסמיד ולהפך, ובכך לאפשר הפיכה תמידית של זנים חדשים לעמידים לאנטיביוטיקה.
טרנספוזונים כגורמי מחלה
טרנספוזונים יכולים להיות מוטגנים, כלומר, גורמי מוטציות. הם עשויים להזיק במספר אופנים:
- טרנספוזון/רטרוטרנספוזון הנכנס לתוך גן מתפקד עשוי לגרום לשיתוק הגן במידה ונכנס לתוך אקסון.
- טרנספוזון/רטרוטרנספוזון הנכנס לתוך אינטרון של גן או לתוך פרומוטור עשוי לשנות את רמת ביטוי הגן.
- אם טרנספוזון יוצא מגן רוב הסיכויים הם שהחלל שהוא הותיר לא יתוקן כהלכה.
מחלות שמיוחסות לטרנספוזונים כוללות: המופיליה A ו-B, פורפיריה, נטייה מוקדמת לסרטן ולניוון שרירים על שם דושן.
אבולוציה של טרנספוזונים
האבולוציה של הטרנספוזונים וההשפעה שלהם על האבולוציה של הגנום מהווים כיום תחום מחקר דינמי. מאחר שטרנספוזונים קיימים בכל ענפי החיים. הטרנספוזונים בדרך כלל נחשבים ל-DNA אנוכי, טפיל החי בתוך הגנום של יצורים חיים. במובן זה הם דומים לנגיף. נגיפים וטרנספוזונים דומים גם מבחינת מבנה הגנום והיכולות הביוכימיות, מה שהוביל להשערה שיש להם מוצא משותף.
מאחר שפעילות הטרנספוזון עלולה להרוס גנום, נראה שיצורים רבים פיתחו מנגנונים להקטנת הטרנספוזיציה לרמות בהן ניתן לשלוט. חיידקים עשויים לעבור שיעור גבוה של מחיקות כדי להפטר מטרנספוזונים ומנגיפים, בעוד שאיקריוטים פיתחו את המנגנון של iRNA בדיוק לאותה מטרה. בתולעת העגולה Caenorhabditis elegans (גם היא נחקרת רבות בגנטיקה) משמשים כמה מהגנים שנדרשים ל-iRNA גם להקטנת פעילות הטרנספוזון.
נראה שמערכת החיסון של חולייתנים אימצה טרנספוזונים כאמצעי להגדלת מגוון הנוגדנים. מערכת הרקומבינציה V(D)J פועלת לפי מנגנון דומה לזה של טרנספוזונים.
טרנספוזונים במחקר הגנטי
הטרנספוזונים אותרו לראשונה בצמח התירס ובודדו לראשונה מהפרח לוע הארי. לפיכך, טרנספוזונים שימשו ככלים יעילים בביולוגיה המולקולרית של הצמח. חוקרים משתמשים בטרנספוזונים כדי לגרום למוּטגֵנֶזָה (ייצור מוטציות). ניתן להבחין באמצעים פשוטים היכן בגנום נגרמה מוטציה, בניגוד לשיטות כימיות שאינן מאפשרות זאת. לעיתים עלולה החדרת הטרנספוזון לגן להפריע לביטוי הגן באופן הפוך: מחיקה המתווכת על ידי הטרנספוזאז של הטרנספוזון משיבה לגן את פעילותו. דבר זה יוצר צמחים שבהם לתאים סמוכים גנוטיפים שונים. כך ניתן להבחין בגנים חיוניים ובגנים שגורמים לפנוטיפ נראה כלשהו (לדוגמה, שינוי בצבע).
סוגי טרנספוזונים
יש שני סוגים של מנגנוני טרנספוזיציה: רפליקטיבי וקונסרבטיבי.
במנגנון הקונסרבטיבי, הטרנספוזון נחתך לחלוטין החוצה ממיקומו המקורי ב-DNA וקופץ למיקום חדש. לעומת זאת, במנגנון הרפליקטיבי, הרטרוטרנספוזון יוצר עותק של עצמו ועותק זה קופץ הלאה לגנום, כך שבכל מחזור קפיצה הוא יוצר עוד העתקים של עצמו.
במחקר משמשים טרנספוזונים לשתי צורות של מוטוגנזה:
- מוטגנזה אקראית - בה הטרנספוזון יכול לקפוץ לתוך הגנום באקראי ולכן המוטציה שתיווצר אינה צפויה מראש.
- מוטגנזה ספציפית - אשר בה הטרנספוזון חודר לאתר מסוים בגנום של המוטנט הודות לריקומבינציה לא הומולוגית.
קישורים חיצוניים
| מיזמי קרן ויקימדיה |
|---|
 ערך מילוני בוויקימילון: טרנספוזון |
| ערך מילוני בוויקימילון: טרנספוזיציה |
- אתר שמציג אנימציה על גילוי הטרנספוזונים על ידי ברברה מקלינטוק
אסף רונאל, מצפרדע לעטלף ובחזרה: "גנים קופצים" מערערים את יסודות הגנטיקה המוכרת, באתר הארץ, 9 ביולי 2018
25228173טרנספוזון