Thread by @OlgaVPettersson

Как вы этим прекрасным субботним майским утром, милые твиттеряне? Кофе уже заварили?

Сегодня по расписанию у нас ТРАНСПОЗОНЫ или ПРЫГАЮЩИЕ ГЕНЫ.
Ну что, поехали? 1/х

2. Открыла их замечательная генетик растений Барбара МакКлинток, за что в 1983 ей дали Нобелевскую. Сия дама почитается генетиками не только за транспозоны, но и прекрасные работы по генетике кукурузы. Кстати, в некоторых сортах кукурузы, транспозоны составляют до 80% генома!

3. Кто же такие эти транспозоны, и почему их называют прыгающими генами?

Транспозоны могут более менее свободно перемещаться по геному, прыгая туда-сюда. Откуда они взялись есть несколько теорий. Одна из них гласит что транспозоны это обломки древних вирусов.

4. Другая считает что транспозоны сами являются предками вирусов. Еще есть несколько теорий, как в науке часто бывает.

Транспозонов есть несколько видов, основные зовутся просто, класс I, II и III.

5. Класс I это наследники ретровирусов (о чем писала в прошлый раз). Эти товарисчи кодируют маленький кусок ДНК + ген схожий с интегразой. Длиной они обычно несколько тысяч нуклеотидов (букв генома). Их так и зовут, ретротранспозоны.

6. Класс II, помимо кусочка ДНК, кодируют и белок транспозазы (принципом похожа на интегразу, т.к. именно она причастна к прыгучести), длиной они от 1000 до 40 000 нуклеотидов.

7. Класс III, они же маленькие повторючки, это масенький кусочек ДНК (50-600 нуклеотидов), где пара букв повторяется одна за другой.
Они нифига не кодируют, и встраиваются обычно в специальные участки хромосом где уже и так не мало повторов.

8. У каждого класса есть туева хуча подклассов, но это факультатив для продвинутых, которые уже сами знают что и как гуглить чтобы добраться до истины.

Как они прыгают?

9. Класс I сидит в ДНК. Потом он переводится в РНК (т.е. экспрессируется), как и любой наш родной ген. Этот кусок РНК потом опять переписывается в ДНК, а потом уже встраивается в геном совсем в другом месте. Принцип такой же, как и ретровирусов: делается брешь в ДНК...

10. ...встраивается в нее транспозоновый кусочек, и все склеивается обратно.

Класс II с РНК не заморачивается. Они кодируют белок транспозазы, и именно она делает бреши, вставляет и склеивает “нормальную” ДНК.

11. С собой транспозаза берет либо сам транспозон, либо его плюс кусочек ДНК который сидел рядом с ним. Иногда и несколько генов сразу могут перетащить на новое место.

12. Класс III не имеют ни своей интегразы, ни транспозазы, поэтому особой прыгучестью сами по себе не отличаются, и для путешествий по геному зависят они от других попрыгунчиков.

13. Не смотря на название “прыгающие гены”, многие попрыгунчики разучились скакать по геному, и остались сидеть на одном месте.

14. Сам процесс прыганья может быть более-менее направленным, когда определенные группы транспозонов для вклинивания распознает только определенные ориентиры в геноме.
Другие скакуны прыгают туда-сюда как попало, как кузнечики.

15. ЗАЧЕМ?!!!
Если примем что транспозоны когда-то были вирусами и прижились у хозяев, то по началу все дело было в инфекции и размножении за счет ресурсов самого хозяина. Во время эволюции, некоторые транспозоны продолжали прыгать с генома в геном, и прыгают до сих пор.

16. Часто мы это видим у бактерий. Это называется ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ переносом генов.

Почему горизонтальным? Потому что переносится от соседа к соседу. Бактериям это помогает приобретать новые гены и новые интересные свойства, например мою любимую невосприимчивость к антибиотикам.

17. Что получается: скажем, в кишечнике есть бактерия-мутант с невосприимчивостью. Где-то, в одной из клеток, транспозон сел рядом с таким геном. Потом его оттуда вырезал.

18. Кстати, вы знали что бактерии могут обмениваться генетической информацией? Это не секс в нашем понимании процесса, а скорее передача своего родного генетического материала через хитрое рукопожатие. Классно, да?

19. Ну вот может так случиться, что транспозон с геном при таком рукопожатии передался соседу.

И это позволило соседушке выжить, пока вы пили пенициллин.

20. Значит, соседушка дал потомство. А т.к. ген встроился в его геном при помощи транспозона, то передал он его своим наследникам уже ВЕРТИКАЛЬНО, т.е. вниз от родителя потомкам. Для бактерии такой процесс очень даже позитивен. Для нас, болезных - увы.

21. Получается, что транспозоны очень важны для эволюции! Ладно, рукопожатия у бактерий это здорово. Но что они делают в более сложных геномах, типа той же кукурузы или у нас, любимых?

Тут все, как вы догадываетесь, намного сложнее.

22. Как я писала раньше, транспозонов в нашем геноме процентов 50. Ранее, буквально лет 20 назад, их называли генетическим мусором и особого значения им не предавали. Но все оказалось намного более интересным.

Начнем с плохого, болезней.

23. Транспозоны, как и вирусы, могут вклиниться туда где совсем ненужно, или там где они сидят начинают бесконтрольно сами себя копипастить. Есть такой ген, зовется HTT.
Поднимите руку кто смотрел Доктор Хаус? Помните, у одной из героинь в сериале была болезнь Хантингтона?

24. Это жуткая дрянь. Больные Хантингтоном теряют контроль над своим телом, и медленно но верно превращаются в овощ.

Оказывается, вся болезнь возникает из-за того, что в гене НТТ сходит с ума старенький транспозон 3го класса с последовательностью CAG CAG CAG CAG CAG…

25. Если таких CAGов в НТТ до 27 штук подряд, то человек здоров.
Если от 27 до 35, то болезнь проявится относительно поздно, лет в 50, и течение будет медленным.
А вот если более 35, то первые симптомы могут появиться уже в 30, и развиваться будут быстро.

26. А что будет если попрыгунчик случайно встроится в жизненно важный участок ДНК, например регулирующий деление клеток? Нате вам онкологию, распишитесь.

27. Другой пример это болезнь дома Романовых (да и других королевских дворов Европы) - гемофилия. Генетически она связана с долбанным транспозоном 2го класса деактивирующим ген свертываемости крови.

28. Теперь позитифф.
Без транспозонов трудно представить себе эволюцию, т.к. они отвечают за огромное количество мутаций. А как мы уже выучили еще в феврале, мутации не зло, а средство передвижения по эволюционной лестнице.

29. Возьмем одомашненные растения, ту же кукурузу. Огромное количество транспозонов в ее геноме способствуют его фантастической пластичности и легкости с которой можно выводить новые сорта.

30. У этой так любимой Хрущевым культуры, транспозоны отвечают, кроме массы всего прочего, за красивый мозайчатый цвет початков.

31. Кстати, жуткие ГМО это ни что иное как направленное использование системы именно опирающейся на транспозоны и их способность вклиниваться в геном.

32. Только встраивают ученые гены не абы как, как природа их встраивала при помощи транспозонов миллионы лет, а точно зная куда и что он там будет делать.
Поэтому, все истерики по поводу вреда ГМО появляются в следствие непонимания того, как работает процесс.

33. (Пожалуйста, не присылайте мне ссылки на Караулова и его любимую даму с космическими амазонками, гибридом коронавируса с Синтией и прочая (так и до бана недалеко, т.к. я барышня добрая, но нервная). Ну пожалуйста, ладно?) 🙏🙏🙏

34. Нафиг кукурузу. Что еще хорошего делают транспозоны? Ща упадете. Мама с папой полюбили друг друга и в маминой утробе завелся зародыш. Так вот знаете как из массы клеток получается человек? Транспозоны! Они регулируют дифференциацию стволовых клеток зародыша на органы и ткани.

35. Помните пример из школьного учебника о бабочках которые почернели? Типа, индустриальная эволюция, деревья покрываются копотью, белые бабочки на ней заметны и их поедают птицы? Бабочки стали черными. Как?

36. Ну, вы догадались. Транспозон вклинился в ген регулирующий синтез темного пигмента и завел его продукцию.

37. Т.е. получается, что транспозоны совсем не мусор! Например, вклиниваясь рядом с генами, они могут либо улучшить, либо ухудшить их транскрипцию, т.е. сделать так, что клетка будет делать какого-то вещества больше, а какого-то меньше.

38. А это может повысить конкурентоспособность всего организма.

Ну, или наградить его раковой опухолью или другой веселой генетической болезнью, что тоже иногда случается.

Да они ж это просто мина замедленного действия, скажете вы!

39. Живем мы с транспозонами десятки тысяч лет и пока не вымерли, так? Значит, как-то научились держать их под контролем.
Для затравки, есть специальные типы коротеньких РНК которые только тем и занимаются, что держат транспозоны на месте или зажимают им пасть.

40. Ну а кроме таких РНК, есть еще и эпигенетика, или регулирование работы ДНК не путем изменения ее кода, а путем наложения легкой генетической косметики.

Вот мы и плавно подошли к теме следующей субботы, сиречь эпигенетике. А там и теломеры не за горами!

41. Как у нас повелось, в заключение могу порекомендовать замечательный обзор о роли транспозонов в эволюции птиц от прекрасного молодого ученого нашего университета Александра Су (web.natur.cuni.cz/zoologie/biodi…).

42. Мне посчастливилось быть консультантом по секвенированию в нескольких его проектах (например ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/P…), и многое о транспозонах я узнала именно от него.

Хвост пистолетом и нос морковкой! Все у нас получится!!