Transposones y Elementos Genéticos Móviles Luis Destefano Beltrán Departamento de Ciencias Biológicas y Fisiológicas Universidad Peruana Cayetano Heredia

Transposones y Transposones y

Elementos Elementos

Genéticos Genéticos

MóvilesMóviles

Luis Destefano BeltránLuis Destefano Beltrán

Departamento de Ciencias Biológicas y FisiológicasDepartamento de Ciencias Biológicas y FisiológicasUniversidad Peruana Cayetano HerediaUniversidad Peruana Cayetano Heredia

Transposones y Elementos Transposones y Elementos

Genéticos MóvilesGenéticos Móviles

1.1. DefiniciDefinicioones.nes.2.2. EstructuraEstructura3.3. ¿¿CCóómo se mueven?mo se mueven?4.4. ¿¿ Cuales son los diferentes mecanismos de Cuales son los diferentes mecanismos de transposicitransposicióón.n.4.4. ¿¿ Cu Cuááles son las aplicaciones prles son las aplicaciones práácticas de los cticas de los

EGM’s?EGM’s?



Sin los Elementos GenSin los Elementos Genéticos éticos MóvilesMóviles

no estaríamos aquí y el mundo vivono estaríamos aquí y el mundo vivoprobablement sería muy diferente probablement sería muy diferente

al al que conocemos ahora.que conocemos ahora.

M. Labrador and V. Corces, 2002M. Labrador and V. Corces, 2002



“ …“ ….. Un EGM es un segmento de ADN que puede .. Un EGM es un segmento de ADN que puede moverse de un lugar a otro en el genoma de un moverse de un lugar a otro en el genoma de un organismo.…. Puede ser sacado de un lugar y ser organismo.…. Puede ser sacado de un lugar y ser insertado en otro. El movimiento de un EGM insertado en otro. El movimiento de un EGM puede producir mutaciones o rearreglos puede producir mutaciones o rearreglos cromoscromosóómicos y afectar de esa manera la micos y afectar de esa manera la expresion de otros genes .… ”expresion de otros genes .… ”

Nina Fedoroff, 1984.Nina Fedoroff, 1984.

Características Generales de los Características Generales de los Elementos Genéticos MóvilesElementos Genéticos Móviles

1.1. Los elementos genéticos móviles se dividen en dos Los elementos genéticos móviles se dividen en dos clases de acuerdo a sus mecanismos de movimiento:clases de acuerdo a sus mecanismos de movimiento:

a.a. Algunos codifican proteínas que mueven al ADN Algunos codifican proteínas que mueven al ADN directamente a una nueva posición o duplican el directamente a una nueva posición o duplican el ADN para producir un elemento nuevo que se ADN para producir un elemento nuevo que se integra en otro lugar. Estos se encuentran tanto integra en otro lugar. Estos se encuentran tanto en procariotes como en eucariotes.en procariotes como en eucariotes.

b.b. Otros se relacionan a los retrovirus, codifican Otros se relacionan a los retrovirus, codifican una enzima reverso transcriptasa para sintetizar una enzima reverso transcriptasa para sintetizar copias de ADN a partir de sus transcritos de copias de ADN a partir de sus transcritos de ARN, los cuales luego se integran en nuevos ARN, los cuales luego se integran en nuevos sitios. Este tipo sólo se encuentra en eucariotes.sitios. Este tipo sólo se encuentra en eucariotes.


2.2. La transposición es una recombinación no-homóloga, La transposición es una recombinación no-homóloga, es decir la inserción de un EGM ocurre en ADN que no es decir la inserción de un EGM ocurre en ADN que no tiene homología con el transposon.tiene homología con el transposon.

a. En procariotes la transposición puede ocurrir en a. En procariotes la transposición puede ocurrir en el el cromosoma del organismo , en un cromosoma del organismo , en un plásmido o en el plásmido o en el cromosoma de un fago. cromosoma de un fago.

b. En eucariotes la inserción puede ser en el mismo b. En eucariotes la inserción puede ser en el mismo

cromosoma o en uno diferente. cromosoma o en uno diferente.


3.3. Los EGM’s pueden causar cambios genéticos y Los EGM’s pueden causar cambios genéticos y han sido han sido involucrados en la evolución tanto de los involucrados en la evolución tanto de los genomas de genomas de los procariotes como de los los procariotes como de los eucariotes. eucariotes.

Los transposones pueden:Los transposones pueden:a. Insertarse en la secuencia codificadora de los a. Insertarse en la secuencia codificadora de los

genes.genes.

b. Aumentar o disminuir la expresion génica b. Aumentar o disminuir la expresion génica insertándose insertándose

en sus secuencias reguladorasen sus secuencias reguladoras

c. Producir mutaciones cromosómicas a través de la c. Producir mutaciones cromosómicas a través de la mecánica de su transposición.mecánica de su transposición.

McClintock, B (1941) The stability of broken ends of chromosomes in McClintock, B (1941) The stability of broken ends of chromosomes in Zea maysZea mays. . GeneticsGenetics 26: 234-282 26: 234-282

McClintock, B (1947) The origin and behavior of mutable loci in McClintock, B (1947) The origin and behavior of mutable loci in maize. maize. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 36:344-355. 36:344-355.

McClintock, B (1951) Chromosome organization and genic McClintock, B (1951) Chromosome organization and genic expression. expression. Cold Spg Hbr Symp. Quant.Cold Spg Hbr Symp. Quant. Biol.Biol. 16: 13-47. 16: 13-47.

Barbara Barbara McClintockMcClintock

McClintock, B (1953) Induction of instability at selected loci in McClintock, B (1953) Induction of instability at selected loci in maize. maize. GeneticsGenetics 38:579-599. 38:579-599.

McClintock, B (1958) The McClintock, B (1958) The Suppressor-mutatorSuppressor-mutator system of control system of control of gene action in maize. of gene action in maize. Carnegie Institution of Washington Carnegie Institution of Washington YearbookYearbook 57:415-429 57:415-429

• Genes “saltadores”Genes “saltadores”

• ElementosElementos GenGenééticosticos MMóóvilesviles

• Elementos ControladoresElementos Controladores

• TransposonesTransposones

Rotura cromosRotura cromosóómica en el locus mica en el locus DsDs en ma en maíízz

Nuevos fenotipos Nuevos fenotipos generados en magenerados en maíz íz por el movimiento por el movimiento del elemento del elemento DsDs en en el Cromosoma 9el Cromosoma 9

Elementos GenElementos Genéticos éticos MMóóviles en viles en ProcariotesProcariotes

EGM’s en EGM’s en ProcariotesProcariotes

EGM’s en EGM’s en ProcariotesProcariotes

Transposon Tn5Transposon Tn5

Mecanismo deMecanismo deTransposiciTransposición deón deTransposon Tn5Transposon Tn5

Transposon Tn7Transposon Tn7

EstructurEstructuraa

TnsA y TnsB forman una transposasa heteromTnsA y TnsB forman una transposasa heteromééricarica

DuplicaciDuplicación de una secuencia corta de ADN en el sitio de inserciónón de una secuencia corta de ADN en el sitio de inserción

Mecanismos de TransposiciMecanismos de Transposiciónón

Shapiro, J. 1979. Molecular model for the transposition and Shapiro, J. 1979. Molecular model for the transposition and Replication of bacteriophage Mu and other transposable elements. Replication of bacteriophage Mu and other transposable elements. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76:1933-1937.Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76:1933-1937.

TransposiciTransposiciónón

ReplicativaReplicativa

TransposiciTransposiciónón

No ReplicativaNo Replicativa

¿¿Por quPor qué la transposición no replicativa es difícil de probar?é la transposición no replicativa es difícil de probar?

Evidencia que la transposiciEvidencia que la transposición no replicativa sucede in vivoón no replicativa sucede in vivo

Bender, J y Kleckner, N (1986), Cell 45: 801-815Bender, J y Kleckner, N (1986), Cell 45: 801-815

PlPláásmido con transposones simples y compuestos portando smido con transposones simples y compuestos portando genes de resistenciagenes de resistencia

Aplicaciones de la TecnologAplicaciones de la Tecnología ía In VivoIn Vivo Transposomics Transposomics

Transposoma EZ::TN™ portando el gen reporteroTransposoma EZ::TN™ portando el gen reporterobioluminicente bioluminicente luxCDABEluxCDABE en en E. coliE. coli

Elementos GenElementos Genéticos éticos MMóóviles en viles en EucariotesEucariotes

CaracterCaracterísticas Estructurales y Clasificación ísticas Estructurales y Clasificación de EGM’s Eucariotosde EGM’s Eucariotos

CaracterCaracterísticas Estructurales y Clasificación ísticas Estructurales y Clasificación de EGM’s Eucariotosde EGM’s Eucariotos

Estructura de los EGM’s Estructura de los EGM’s HelitronHelitron y Mecanismo de y Mecanismo de Transposicion del tipo Rolling CircleTransposicion del tipo Rolling Circle

Comprenden cerca del 2% de Comprenden cerca del 2% de los los

genomas de genomas de Arabidopsis Arabidopsis thalianathaliana

y y C. elegansC. elegans. .

No generan target site No generan target site duplicationduplication

Apuntan al dinucleotido ATApuntan al dinucleotido AT

No tienen IR terminalesNo tienen IR terminales

La mayorLa mayoría son no autónomosía son no autónomos

En En A. thalianaA. thaliana hay unas 10 sub- hay unas 10 sub-familias homogéneas de familias homogéneas de

elementoselementosno autónomos con miembros no autónomos con miembros

quequevarían de 0.5 a 3 kb. varían de 0.5 a 3 kb.

Los autónomos llegan a 5.5 – 15 Los autónomos llegan a 5.5 – 15 kbkb

RetroposiciRetroposición de Retrotransposones ón de Retrotransposones No-LTR (LINEs) por “No-LTR (LINEs) por “Target Primed Target Primed

Reverse Transcription, TPRTReverse Transcription, TPRT

EGM’s causan inversiEGM’s causan inversióón cromosn cromosóómica y expresimica y expresióón gn géénicanica alterada en poblaciones naturales de alterada en poblaciones naturales de DrosophilaDrosophila

EGM’s encontrados en el gen humano HGOEGM’s encontrados en el gen humano HGO

EGM’s en cereales son responsables por las diferencias enEGM’s en cereales son responsables por las diferencias enel tamael tamaño del genomaño del genoma

Transferencia Horizontal Transferencia Horizontal (TH) de (TH) de

Elementos GenElementos Genééticos ticos MMóóvilesviles

• Los EGM’s tambiLos EGM’s tambiéén son capaces de cruzar los ln son capaces de cruzar los líímites mites entre especies y entrar a genomas nuevos.entre especies y entrar a genomas nuevos.

• La frecuencia de TH varia de familia a familia de La frecuencia de TH varia de familia a familia de EGM’s.EGM’s.

• TH parece predominar entre familias en los que el TH parece predominar entre familias en los que el nnúmero de copias es controlado principalmente porúmero de copias es controlado principalmente por mecanismos auto-regulatorios que limitan su mecanismos auto-regulatorios que limitan su transposicióntransposición

TH es un fenTH es un fenóómeno muy extendidomeno muy extendido

DistribuciDistribucióón y TH de Elementos P en la familia n y TH de Elementos P en la familia DrosophillidaeDrosophillidae

TH: Vectors y OportunidadesTH: Vectors y Oportunidades

Factores que afectan la frecuecia Factores que afectan la frecuecia de de

Transferencia HorizontalTransferencia HorizontalUn evento de TH, definido como la invasiUn evento de TH, definido como la invasión exitosa de un EGM en ón exitosa de un EGM en

una una nueva especie, puede ser dividido en dos fases:nueva especie, puede ser dividido en dos fases:

1.1. La transferencia de ADN de la especie donadora a la receptora:La transferencia de ADN de la especie donadora a la receptora:

- Transferencia física del EGM,- Transferencia física del EGM,- La integracion estable del EGM en la línea germinal de la - La integracion estable del EGM en la línea germinal de la especie especie receptora (gradiente de TH refleja la presencia de receptora (gradiente de TH refleja la presencia de intermediarios intermediarios

de ADN), yde ADN), y- La expresión de las secuencias codificadoras del EGM.- La expresión de las secuencias codificadoras del EGM.

2.2. El inmediato aumento del número de copias del EGM al El inmediato aumento del número de copias del EGM al

interior de la célula. Probabilidad disminuye con (1/2)interior de la célula. Probabilidad disminuye con (1/2)nn..

Si un individuo tiene 10 copias la p es menos de 1/1000.Si un individuo tiene 10 copias la p es menos de 1/1000.

Estadios en el ciclo de vida de un hipotEstadios en el ciclo de vida de un hipotéético EGM tico EGM auto-regulado de Clase IIauto-regulado de Clase II

Cold Spring Harbor Cold Spring Harbor Laboratory, NY, 1986Laboratory, NY, 1986

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