transposón de ADN

Tradicionalmente, los transposones de ADN se mueven por el genoma mediante un método de corte y pegado. El sistema requiere una enzima transposasa que cataliza el movimiento del ADN desde su ubicación actual en el genoma y lo inserta en una nueva ubicación. La transposición requiere tres sitios de ADN en el transposón : dos en cada extremo del transposón, llamados repeticiones invertidas terminales , y uno en el sitio diana. La transposasa se une a las repeticiones invertidas terminales del transposón y media la sinapsis de los extremos del transposón. La enzima transposasa luego desconecta el elemento del ADN flanqueante del sitio donante original y media la reacción de unión que une el transposón al nuevo sitio de inserción. La adición del nuevo ADN en el sitio diana causa pequeños huecos a ambos lados del segmento insertado. ^{[ 10 ]} Los sistemas hospedadores reparan estos huecos, lo que da como resultado la duplicación de la secuencia diana (TSD) que es característica de la transposición. En muchas reacciones, el transposón se escinde completamente del sitio donante en lo que se denomina una transposición de "corte y pegado" ^{[ 11 ]} y se inserta en el ADN diana para formar una inserción simple. Ocasionalmente, también se copia y se mueve material genético que no se encontraba originalmente en el elemento transponible.

Los helitrones también son un grupo de elementos transponibles (ET) eucariotas de clase II. Los helitrones no siguen el mecanismo clásico de "cortar y pegar". En cambio, se postula que se mueven por el genoma mediante un mecanismo similar al de círculo rodante. Este proceso implica que una enzima realice una muesca en una cadena circular, separando el ADN en dos cadenas simples. La proteína de iniciación permanece unida al fosfato 5' de la cadena con la muesca, exponiendo el hidroxilo 3' de la cadena complementaria. Esto permite que una enzima polimerasa inicie la replicación en la cadena sin muesca. Finalmente, se replica toda la cadena, momento en el que el ADN recién sintetizado se disocia y se replica en paralelo con la cadena molde original. ^{[ 12 ]} Los helitrones codifican una proteína desconocida que se cree que tiene función de endonucleasa HUH, así como actividad helicasa 5' a 3' . Esta enzima realizaría un corte de cadena simple en el ADN, lo que explica la ausencia de duplicaciones del sitio objetivo encontradas en los helitrones. Los helitrones fueron también la primera clase de elementos transponibles que se descubrieron mediante métodos computacionales y marcaron un cambio de paradigma en la forma en que se estudiaban los genomas completos. ^{[ 13 ]}

Los polintones también son un grupo de elementos transponibles (ET) eucariotas de clase II. Como uno de los transposones de ADN más complejos conocidos en eucariotas, forman parte de los genomas de protistas , hongos y animales , como la entamoeba , la roya de la soja y el pollo , respectivamente. Contienen genes con homología a proteínas virales que se encuentran frecuentemente en genomas eucariotas , como la polimerasa y la integrasa retroviral . Sin embargo, no se conoce ninguna proteína funcionalmente similar a las proteínas de la cápside o la envoltura viral . Comparten muchas de sus características estructurales con plásmidos lineales , bacteriófagos y adenovirus , que se replican utilizando polimerasas de ADN con cebadores proteicos. Se ha propuesto que los polintones se auto-síntesis de forma similar mediante su polimerasa. Los polintones, de 15 a 20 kb de longitud, codifican hasta 10 proteínas individuales. Para su replicación , utilizan una ADN polimerasa B cebada por proteínas, una integrasa retroviral , una proteasa de cisteína y una ATPasa . Primero, durante la replicación del genoma del huésped, un elemento Polinton extracromosómico monocatenario se escinde del ADN del huésped mediante la integrasa, formando una estructura similar a una raqueta. Segundo, el Polinton se replica mediante la ADN polimerasa B, con la iniciación a cargo de una proteína terminal, que puede estar codificada en algunos plásmidos lineales. Una vez generado el Polinton bicatenario, la integrasa se encarga de insertarlo en el genoma del huésped. Los Polintones presentan una alta variabilidad entre diferentes especies y pueden estar estrictamente regulados, lo que resulta en una baja frecuencia en muchos genomas. ^{[ 14 ]}

Barbara McClintock descubrió y describió por primera vez los transposones de ADN en Zea mays [ ^{19 ] durante} la década de 1940; este logro le valió el Premio Nobel en 1983. Describió el sistema Ac/Ds , donde la unidad Ac (activador) era autónoma, pero la unidad genómica Ds requería la presencia del activador para moverse. Este elemento transponible es uno de los más visibles, ya que era capaz de provocar que el maíz cambiara de color, de amarillo a marrón/manchado en los granos individuales.

El transposón Mariner/Tc1 , presente en muchos animales pero estudiado en Drosophila , fue descrito por primera vez por Jacobson y Hartl. ^{[ 20 ]} Mariner es conocido por su capacidad de escisión e inserción horizontal en un nuevo organismo. ^{[ 21 ]} Se han encontrado miles de copias de este elemento transponible intercaladas en el genoma humano, así como en el de otros animales.

Los transposones Hobo en Drosophila han sido ampliamente estudiados debido a su capacidad para causar disgenesia gonadal . ^{[ 22 ]} La inserción y posterior expresión de secuencias similares a hobo resulta en la pérdida de células germinales en las gónadas de las moscas en desarrollo.

Los transposones bacterianos son especialmente eficaces para facilitar la transferencia horizontal de genes entre microorganismos. La transposición facilita la transferencia y acumulación de genes de resistencia a antibióticos . En las bacterias, los elementos transponibles pueden saltar fácilmente entre el genoma cromosómico y los plásmidos . En un estudio de 1982 realizado por Devaud et al., se aisló y examinó una cepa de Acinetobacter multirresistente . La evidencia apuntaba a la transferencia de un plásmido a la bacteria, donde los genes de resistencia se transpusieron al genoma cromosómico. ^{[ 23 ]}

Los transposones pueden influir en la promoción de la diversidad genética de muchos organismos. Los transposones de ADN pueden impulsar la evolución de los genomas al promover la reubicación de secciones de secuencias de ADN. Como resultado, esto puede alterar las regiones reguladoras de los genes y los fenotipos. ^{[ 24 ]} El descubrimiento de los transposones fue realizado por Barbara McClintock, quien observó que estos elementos podían cambiar el color de las plantas de maíz que estudiaba, lo que proporcionó una evidencia rápida de un resultado del movimiento de los transposones. ^{[ 25 ]} Otro ejemplo es el transposón de ADN Tol2 en el pez medaka, que se cree que es el resultado de su variedad en patrones de pigmentación. ^{[ 26 ]} Estos ejemplos muestran que los transposones pueden influir enormemente en el proceso de evolución al inducir rápidamente cambios en el genoma.

La transferencia horizontal se refiere al movimiento de información de ADN entre células de diferentes organismos. La transferencia horizontal puede implicar el movimiento de elementos transponibles (ET) de un organismo al genoma de otro. La inserción en sí permite que el ET se convierta en un gen activado en el nuevo huésped. Los transposones de ADN utilizan la transferencia horizontal para evitar la inactivación y la pérdida completa del transposón. Esta inactivación se denomina inactivación vertical, lo que significa que el transposón de ADN queda inactivo y permanece como un fósil. Este tipo de transferencia no es el más común, pero se ha observado en el caso de la proteína de virulencia del trigo ToxA, que se transfirió entre los diferentes patógenos fúngicos Parastagonospora nodorum , Pyrenophora tritici-repentis y Bipolaris sorokiniana. ^{[ 29 ]} Otros ejemplos incluyen la transferencia entre crustáceos marinos , insectos de diferentes órdenes y organismos de diferentes filos , como humanos y nematodos . ^{[ 30 ]}

La recombinación V(D)J , aunque no es un elemento transponible de ADN, es notablemente similar a los transposones . La recombinación V(D)J es el proceso mediante el cual se crea la gran variación en los sitios de unión de anticuerpos. En este mecanismo, el ADN se recombina para crear diversidad genética. ^{[ 32 ]} Debido a esto, se ha planteado la hipótesis de que estas proteínas, en particular Rag1 y Rag2 ^{[ 33 ],} derivan de elementos transponibles. ^{[ 34 ]}

Existen indicios que sugieren que al menos 40 familias de transposones de ADN humano estuvieron activas durante la radiación de los mamíferos y el linaje temprano de los primates. Posteriormente, se produjo una pausa en la actividad de transposición durante la última etapa de la radiación de los primates, con una interrupción total del movimiento de los transposones en un ancestro primate antropoide. No hay evidencia de ningún elemento transponible con una antigüedad inferior a unos 37 millones de años. ^{[ 35 ]}