Springend gen

Een springend gen (jumping gene) of transposon is een stukje DNA op een chromosoom, dat in het genoom van plaats kan verwisselen en is voor het eerst in 1951 ontdekt in het maïsgenoom en later ook in andere organismen, zoals het fruitvliegje. Het eerste geïsoleerde springende gen is afkomstig van de leeuwenbek.

In het stukje DNA, dat aan beide kanten begrensd wordt door kleine, tegengestelde stukjes van nucleotiden, kunnen één of meer genen zitten. De stukjes van tegengestelde nucleotiden bevatten verder geen genetische informatie en worden ook wel insertie-sequentie, insertie-element, insertosoom of insertie-segment (IS) genoemd.

Door het verspringen kunnen er mutaties ontstaan en kan de hoeveelheid DNA toe- of afnemen.

Er zijn drie soorten springende genen:

DNA-transposons, die in het genoom direct van plaats kunnen veranderen
Retrovirale retrotransposons, waarbij eerst een RNA-transcriptie gemaakt moet worden, waarvan vervolgens met het enzym "reverse transcriptase" weer DNA gemaakt wordt, en op dezelfde manier wordt geïnsereerd als een DNA-transposon
Niet-retrovirale retrotransposons, waarbij een transcript wordt aangemaakt van het transposon, en waarbij het transcript een rechtstreekse template is voor het reverse transcriptase bij de incorporatie.

Bij de mens zijn enkel nog de niet-virale retrotransposons actief, waarbij deze verantwoordelijk zijn voor 0,2% van de mutaties.

Springende genen zijn zeer bruikbaar bij genetische modificatie voor het veranderen van het DNA in een organisme. Springende genen worden veel gebruikt als een mutagens bij planten, de fruitvlieg en bij bacteriën voor het bestuderen van de functies van genen.

Werking

Een springend gen heeft het enzym transposase nodig, dat vaak door het springende gen zelf gemaakt wordt. De einden van het springend gen bevatten dezelfde nucleotiden, maar in tegengestelde volgorde (TIR = Terminal Inverted Repeat). Het enzym transposase bindt zich aan beide einden van het springende gen en aan de plaats waar het gen naartoe moet gaan. Op deze plaats wordt het chromosoom geknipt. Op de knipplaats is het chromosoom "kleverig" geworden en hiertussen wordt het springende gen geplakt.

Een volledig autonoom transposon-gen ziet er zo uit: 5'-TIR-transposase-TIR-3'. Er bestaan ook niet-autonome elementen met slechts een gedeelte van het transposase (5'-TIR-sase-TIR-3') of helemaal geen enzym (MITE: 5'-TIR-TIR-3').

Voorbeelden

Het eerste springende gen werd in 1951 door Barbara McClintock ontdekt in maïs. Ze kreeg hiervoor in 1983 de Nobelprijs. Ze ontdekte inserties, deleties en translocaties, die ontstaan waren door springende genen. Deze kwamen onder andere tot uiting in de kleur van de maiskorrel. Ongeveer 64% van het maisgenoom bestaat uit springende genen.^[1]

Springende genen in de fruitvlieg (Drosophila melanogaster) worden P-elementen genoemd. Deze genen komen pas sinds de vijftiger jaren van de twintigste eeuw in het fruitvliegje voor.^[2] Kunstmatig gemaakte P-elementen kunnen gebruikt worden voor het inbrengen van genen in de fruitvlieg door ze te injecteren in het embryo.

Springende genen in bacteriën hebben meestal naast het gen voor het aanmaken van transposase een extra gen, meestal met antibiotische werking. Springende genen kunnen uit het genoom-DNA springen naar de plasmiden en omgekeerd. Hierdoor kunnen makkelijk multi-resistente stammen tegen antibiotica ontstaan.

Ziekten

Springende genen zijn mutagenen. Ze kunnen aan het genoom van hun gastheercel schade toebrengen door:

in een functioneel gen te gaan zitten, waardoor de werking verloren gaat,
na het weer verlaten een gat over te laten dat waarschijnlijk niet goed meer gerepareerd wordt,
het verhinderen van een goede chromosoomparing tijdens de meiose door verscheidene kopieën achter elkaar, waardoor er ongelijke overkruisingen gemaakt worden.

Ziekten veroorzaakt door springende genen zijn:

Hemofilie A en B,
SCID,
porfyrie,
gevoeligheid voor kanker en
ziekte van Duchenne.

Evolutie van springende genen

Springende genen worden in bijna alle organismen gevonden en moeten daarom een gezamenlijke voorouder hebben gehad of meerdere malen opnieuw zijn ontstaan.

Springende genen worden als een soort parasieten gezien binnen het genoom van celvormende organismen. Ze kunnen vergeleken worden met virussen. Virussen en springende genen hebben overeenkomsten in hun genoomstructuur en biochemische activiteiten.^[3]

Om zich tegen springende genen te wapenen kunnen bacteriën genen uit hun genoom verwijderen. Hogere organismen zoals de eukaryoten hebben het RNA-interferentie-mechanisme voor het onderdrukken van springende genen.

Bronnen

Dit artikel of een eerdere versie ervan is een (gedeeltelijke) vertaling van het artikel Transposon op de Engelstalige Wikipedia, dat onder de licentie Creative Commons Naamsvermelding/Gelijk delen valt. Zie de bewerkingsgeschiedenis aldaar.
Dit artikel of een eerdere versie ervan is een (gedeeltelijke) vertaling van het artikel Transposon op de Duitstalige Wikipedia, dat onder de licentie Creative Commons Naamsvermelding/Gelijk delen valt. Zie de bewerkingsgeschiedenis aldaar.

Bronnen, noten en/of referenties

↑ (en) Jiao, Y., Peluso, P., Shi, J., Liang, T., Stitzer, M.C., Wang, B., Campbell, M.S., Stein, J.C., Wei, X., Chin, C.S., Guill, K., Regulski, M., Kumari, S., Olson, A., Gent, J., Schneider, K.L., Wolfgruber, T.K., May, M.R., Springer, N.M., Antoniou, E., McCombie, W.R., Presting, G.G., McMullen, M., Ross-Ibarra, J., Dawe, R.K., Hastie, A., Rank, D.R.& Ware, D. (2017). Improved maize reference genome with single-molecule technologies. Nature 546 (7659): pp. 524-527. DOI:10.1038/nature22971.
↑ (en) Spradling, A.C., & Rubin, G.M. (1982). Transposition of Cloned P Elements into Drosophila Germ Line Chromosomes. Science 218 (4570): pp. 341-347. DOI:10.1126/science.6289435.
↑ (en) Villarreal, L.P. (2005). Viruses and the Evolution of Life. ASM Press, Washington. ISBN 9781555813093.

[1] (en) Jiao, Y., Peluso, P., Shi, J., Liang, T., Stitzer, M.C., Wang, B., Campbell, M.S., Stein, J.C., Wei, X., Chin, C.S., Guill, K., Regulski, M., Kumari, S., Olson, A., Gent, J., Schneider, K.L., Wolfgruber, T.K., May, M.R., Springer, N.M., Antoniou, E., McCombie, W.R., Presting, G.G., McMullen, M., Ross-Ibarra, J., Dawe, R.K., Hastie, A., Rank, D.R.& Ware, D. (2017). Improved maize reference genome with single-molecule technologies. Nature 546 (7659): pp. 524-527. DOI:10.1038/nature22971.

[2] (en) Spradling, A.C., & Rubin, G.M. (1982). Transposition of Cloned P Elements into Drosophila Germ Line Chromosomes. Science 218 (4570): pp. 341-347. DOI:10.1126/science.6289435.

[3] (en) Villarreal, L.P. (2005). Viruses and the Evolution of Life. ASM Press, Washington. ISBN 9781555813093.

[1]