Transposón

Os transposóns ou elementos transpoñibles son secuencias de ADN que poden moverse dentro do xenoma dunha célula, no proceso chamado transposición. No proceso poden producirse mutacións e cambiar a cantidade de ADN no xenoma. Os transposóns tamén se chaman "xenes saltaricos" (jumping genes) e son formas de elementos móbiles. Descubertos por Barbara McClintock nos inicios da súa carreira, fixéronlle gañar o premio Nobel en 1983.

Hai unha ampla variedade de elementos móbiles, e poden agruparse segundo o mecanismo de transposición. Os elementos móbiles de clase I, ou retrotransposóns, móvense no xenoma sendo primeiro transcritos a ARN, e despois de novo a ADN pola retrotranscriptase, mentres que os elementos móbiles de clase II móvense directamente dunha posición a outra do xenoma utilizando unha transposase no proceso de "corta e pega".

Os transposóns son de moita utilidade nalgunhas investigacións xa que alteran o DNA interno dos organismos vivos. Conforman unha gran parte do tamaño xenómico, evidente polo C-valor das especies eucariotas. Por exemplo, na especie humana, o 48 % do xenoma está composto por transposóns ou restos antigos deles.

Tipos de transposóns

Os transposóns clasifícanse en dúas clases baseándose no seu mecanismo de transposición.

Clase I: Retrotransposóns

Artigo principal: Retrotransposón.

Os retrotransposóns funcionan copiándose a si mesmos e inserindo as copias de novo no xenoma en múltiples lugares. En principio os retrotransposóns cópianse a si mesmos a ARN por transcrición, pero ademais de ser transcritos, o ARN cópiase en ADN pola retrotranscriptase, a miúdo codificada polo propio transposón, e insírese de novo no xenoma.

Os retrotransposóns teñen un comportamento moi similar ó dos retrovirus, coma o VIH, subministrando certa luz nas orixes evolutivas destes virus.

Hai tres clases principais de retrotransposóns:

Virais: codifican a retrotranscriptase (para volver o ARN en ADN), teñen longas repeticións terminais (LTRs), similares ós retrovirus.
LINEs (Long interspersed nucleotide elements): codifican a retrotranscriptase, non teñen LTRs, e transcríbense cunha ARN polimerase II.
Non virais: non codifican a retrotranscriptase, transcríbense cunha ARN polimerase III.

Clase II: Transposóns de ADN

A maior diferenza entre os transposóns de Clase II e os retrotransposóns é que nestes o mecanismo de transposición non implica un intermediario de ARN. Os transposóns de ADN móvense normalmente por un mecanismo de "corte e pega" no canto do de "copia e pega", utilizando o encima transposase. Hai varios tipos de transposase que funcionan de xeito diferente. Algúns únense a calquera lugar do DNA, facendo que a diana poida estar en calquera lugar, mentres que outros únense a secuencias específicas. A transposase fai un corte asimétrico, xerando extremos pegañentos, corta o transposón e pégao no sitio diana. Unha polimerase amaña os saltos resultantes dos extremos pegañentos, e unha ligase pecha a cadea de glicofosfato do DNA. Así xéranse uns lugares de duplicación e inserción de transposóns de ADN que poden identificarse polas curtas repeticións (o corte asimétrico pechado pola polimerase), seguidos das repeticións invertidas (importantes no mecanismo de excisión pola transposase).

Non tódolos transposóns de ADN se traspoñen mediante un mecanismo de corta e pega. Nalgúns casos aparece transposición replicativa, na que os transposóns se autorreplican nun lugar diana.

Ámbalas dúas clases de transposóns poden perder a capacidade de sintetizar a retrotranscriptase por mutacións, pero continuar os seus saltos polo xenoma, xa que aínda quedan outros transposóns que si que poden producir os encimas necesarios.

Exemplos

O primeiro transposón foi descuberto no millo (Zea mays), por Barbara McClintock en 1948. A investigadora deuse de conta da existencia de insercións, delecións e translocacións causadas por estes transposóns. Estes cambios no xenoma podían provocar, por exemplo, cambios na cor dos graos do millo. Sobre un 80 % do xenoma total do millo está formado por transposóns. O sistema descuberto por McClintock eran transposóns de Clase II.
Unha familia de transposóns na mosca da froita Drosophila melanogaster son os elementos P. Parece que apareceron na especie a mediados do século vinte. En 50 anos esparexéronse por tódalas poboacións da especie e outras especies. Poden utilizarse elementos P artificiais para inserir xenes en Drosophila, inxectándollos nos embrións. Para máis información do uso de elementos P como ferramenta xenética ver transposóns como ferramenta xenética.
Os transposóns en bacterias normalmente levan xenes adicionais para outras funcións ademais da transposición —como por exemplo para resistencia a antibióticos. Nas bacterias os transposóns poden saltar do ADN cromosómico a ADN plásmido e volver, permitindo a transferencia e adición permanente de resistencia a antibióticos (poden crearse cadeas bacterianas multirresistentes con esta técnica). Os transposóns bacterianos deste tipo pertencen á familia Tn. Cando os elementos que se traspoñen non levan xenes adicionais son secuencias de inserción.
A forma máis común de transposón en humanos son as secuencias Alu. Teñen unhas 300 bases de longo e poden atoparse entre 300.000 e un millón de copias no xenoma.
A transposición do fago Mu é un bo exemplo de transposición replicativa. O mecanismo de transposición é similar á recombinación homóloga.

Transposóns que causan enfermidades

Os transposóns son mutaxénicos. Poden danar o xenoma da célula hospedeira de varias formas:

O transposón ou retrotransposón que se insire faino dentro dun xene, e o máis probable é que anule a súa función.
Cando un transposón abandona un xene, a rotura resultante non se repara correctamente.
As múltiplas copias da mesma secuencia, coma as secuencias Alu, poden interferir no emparellamento correcto dos cromosomas durante a mitose, producindo un entrecruzamento desigual, unha das causas principais de duplicación cromosómica.

Algunhas enfermidades que poden ser causadas por transposóns son as hemofilias A e B, inmunodeficiencia combinada severa, porfiria, predisposicións ó cancro, e distrofia muscular de Duchenne. Ademais, algúns transposón conteñen promotores que inducen a transcrición da súa propia transposase. Estes promotores poden causar expresións aberrantes de xenes ligados, causando enfermidades ou fenotipos mutantes.

Evolución dos transposóns

A evolución dos transposóns e os seus efectos na evolución dos xenomas estase a estudar intensamente hoxe en día.

Os transposóns aparecen na maioría das formas de vida. Poden terse orixinado ou non no antecesor común, ou ter aparecido independentemente moitas veces, o quizais apareceron unha vez e foron esparexéndose polos demais reinos pola vía da transposición horizontal. Mentres que os transposóns poden aportarlle certos beneficios ós seus hospedeiros, normalmente son considerados parasitos de ADN egoísta, que viven no xenoma das células, de forma similar ós virus. Os virus e os transposóns comparten características nas súas estruturas xenómicas e capacidades bioquímicas, facendo posible a especulación sobre un antecesor común.

Xa que a transposición excesiva pode levar á destrución do xenoma, parece que moitos organismos desenvolveron mecanismos de redución da transposición á un nivel aceptable. As bacterias poden incrementar a súa taxa de deleción de xenes como parte do mecanismo de eliminación de transposóns e virus do seu xenoma, mentres que os organismos eucariotas poden desenvolver mecanismos de ARN interferente (ARNi) para reducir a actividade dos transposóns. No nematodo Caenorhabditis elegans, algúns xenes dos mecanismo ARNi tamén reducen a actividade dos transposóns.

Os transposóns poden ser recrutados polo sistema inmune coa fin de producir diversidade de anticorpos. O sistema de recombinación V(D)J opera cun mecanismo similar ó dos transposóns.

Hai evidencias de que os elementos transpoñibles poden actuar como axentes mutáxenos en bacterias.

Aplicacións

Xa que os transposóns se descubriron en plantas, dende cedo foron unha ferramenta útil na bioloxía molecular de plantas. Algúns investigadores utilizan os transposóns como medio mutaxénico (ver mutaxénee de transposón), facendo que un transposón se insire nun xene e produza unha mutación. A presenza do transposón indica o punto onde se produciu o xene mutante, ó contrario dos métodos químicos de mutaxénese.

Ás veces a inserción dun transposón nun xene pode estragar a función dese xene de forma reversible; unha excisión mediada por unha transposase do transposón inserido fai que o xene recupere a función. Así poden producirse plantas nas que células veciñas teñan distintos xenotipos, e permitíndolle ós investigadores diferenciar entre xenes que deben estar presentes dentro da célula para funcionar (autónomos) e xenes que producen efectos observables noutras células distintas das que expresan o xene.

Os transposóns son tamén unha ferramenta de mutaxénese en estudos con Drosophila melanogaster, e nunha ampla variedade de bacterias para estudar a función de xenes.