Transposons

Merupakan fenomena umum
DNA yg suka berpindah-pindah
DNA dinamis
Ada pada prokariot dan eukariot
Transposable element : element genetic yg memiliki kapasitas untuk bergerak dan berpindah dari satu lokasi ke lokasi lain dalam genome
Dapat menyisip pada DNA yg tdk homolog (tdk punya sekuen yg sama)bisa merubah sifat genetiknya :Nonhomologous recombination
Transposable element memiliki kontribusi penting pada terjadinya evolusi genom:
Menyisip ke dalam gen
Masuk ke sekuen regulator;memodifikasi ekspresi gen
Menghasilkan mutasi kromosomal

Mekanisme transposisi


a. Transposon  DNA donor terpotong  langsung menyisip,untuk Prokariot dan eukariottransposon langsung/betul-betul pindah tanpa pemotongan DNA donor
b. Retrotransposon(hanya pada eukariot) DNA seolah-olah pindah
DNA donortranskripsiRNAoleh DNA reverse transcription diubah lagi jadi DNAtransposon baru menyisip
Transposable pada prokariot:
1. Insertion sequence (IS) elements
2. Transposons (Tn)
3. Bacteriophage Mu(Mutator)

I. IS ELEMENT
Tipe yang paling simple,pada kromosom bakteri dan plasmid
Hanya mengkode gen-gen yang menyandi untuk kepentingan mobilisasi dan insersi
Ukuran 768bp-5kb
IS1 Pertama kali diitemukan di E.coli pada operon galactose,ditemukan 4-19 kopi(jml sekuennya ada 4-19)
Ujung semua IS mengandung inverted terminal repeats (ITRs)
 IR = inverted repeat
 Transposase gene = enzim untuk mentransposisikan gen,yg mengenali target site dan memotong sekuen target (memisahkan double strand)
Mekanisme IS:
 Insersi pada coding region  mengacaukan ekspresi gen
 Merubah ekspresi gen-gen yang ada didekatnya
 Gen-gen tersebut bisa hilang
 Terjadi crossing-over (pidah silang)
Transposisi IS element:
1. Copy asli tetap di tempat;copy baru masuk secara acak
2. IS element menggunakan enzim replikasi host (inang) untuk replikasi
3. Transposisi memerlukan transposase,dikode oleh IS element
4. Transposisi menginisiasi saat transposase mengenali ITRs
5. Daerah integrasi = daerah target
6. Pemotongan terjadi di daerah target DNA,IS element masuk,DNA polymerase dan ligase menyambung gap
7. Terbentuk small direct repeat(~5 bp) di ujung kanan-kiri daerah target

II. Transposons (Tn)
Struktur lebih kompleks dibandingkan IS element,membawa tambahan gen
2 tipe transpososns:
1. Composite transposons
2. Noncomposite transposons
Composite transposons
Membawa gen ( mis. Gen untuk resistensi antibiotik )
pada ujung kanan-kiri nya mengandung IS element,untuk mensuplai transposase dan mengenali signal ITRs
ukuran lebih besar daripada IS element : mis.Tn10 9,3 kb terdiri dari 6,5kb DNA inti (termasuk gen resisten tetrasiklin) dan 1,4 kb inverted IS element
Noncomposite transposons
 Membawa gen
 Dikedua ujungnya tidak terdapat IS element,hanya berupa inverted repeat (IR)
 Sekuen intinya terdapat TnpA(transposase untuk mengenali target site),TnpB(resolvase,untuk rekombinasi),danbla(β-laktamase, gen resisten antibiotik).
 Ukuran lebih kecil daripada composite transposons : mis. Tn3 5kb dengan IR 38bp
Mekanisme transposisi Tn:
Sama dengan IS element ; terjadi duplikasi pada target site
Co-integrasi : memindahkan genome plasmid ke genome kromosom mengintegrasikan kedua genome (duplikasi)
plasmid masih diluar kromosom,masih bisa bereplikasi,baru menyisip ke kromosom,atau
plasmid langsung masuk kromosom,kemudian berduplikasi bersama-sama dengan kromosom
Bisa direplikasi(replicative) atau tidak direplikasi (non-replicative)(Tn kehilangan original site-nya)
Hasilnya sama dengan IS element menyebabkan mutasi; insersi,delesi,perubahan ekspresi gen,atau duplikasi…
Crossing-over terjadi saat DNA donor dg transposable element melebur dengan DNA resipien

III. BACTERIOPHAGE Mu
37kb DNA linier dg DNA phage sentral dan lengan2 yang tak sama pada tiap ujungnya
Pada infeksi,Mu mengintegrasi melalui transposisi non-replikatif dan mereplikasi saat E.coli
replikasi
Selama siklus litik,Mu tetap terintegrasi dalam kromosom E.coli,dan mengubah transposisi replikatif


Transposable element pada eukariot
Barbara McClintock (1902-1992)
Cold Spring Harbor Laboratory,NY
Peraih nobel dalam bidang fisiologi dan kesehatan 1983 “untuk penemuannya berupa element genetic yang mobil”
Transposons pada tanaman:
Punya sekuen ITR dan umumnya berupa repeat pendek pada target site
Dapat mengaktivasi atau menghambat gen,menyebabkan mutasi kromosomal,merusak gen…
2 tipe:
• Autonomous element : transposase ada pada 1 gen,memiliki gen transposisi
• Nonautonomous element : transposase terdapat pada sekuen lain,mengurangi gen transposisi dan mengulang pada keberadaan Tn lain
Penemuan transposons McClintock dalam biji jagung:
Noda ungu dalam biji jagung putih merupakan hasil transposons
c/c=biji putih=homogen dan C/-=biji ungu=heterogen
alel2 warna biji tdk stabil
pada biji ungu terdapat gen pigmentasi yang diekspresikangen disisipkan ke genome biji kuningbiji tetap kuning berarti gen pigmentasi tsb dirusak oleh transposaselalu ada sel2 didalam biji tsb melakukan revers mutasi(gen pigmentasi tsb terekspresi lagi)shg timbul bintik2 ungu pada biji kuning.
o Bila revers mutasi terjadi lebih awal akan timbul bintik yang lebih besar lagi.
o McClintock menyimpulkan hasil alel ‘c’ berasal dari non-autonomous transposons ,disebut ‘Ds’,masuk ke dalam gen ‘C’ (Ds=disassociation)
o Autonomous transposons ‘Ac’ mengontrol transposons ‘Ds’(Ac=activator)
o Ac 4,563bp dg 11bp ITRs dan 1 unit pengkode transkripsi 807 asam amino transposase
o Ac mengaktifkan Ds;Ds memiliki berbagai lengan dan sekuen,tapi sama memiliki ITRs yang sama dg Ac
o Beberapa Ds element dihilangkan atau ditataulang versi Ac ; derivate Ds element berasal dari Ac
o Ac/Ds diregulasi secara terstruktur; Ac/Ds mentranspos hanya selama replikasi kromosom dan tidak meninggalkan copy dibelakangnya


Ty element pada yeast:
Sama dengan transposons bakteri;terminal repeat sekuen,terintegrasi pd daerah non-homologous,duplikasi pada target site…
Ty element berbagi unsur/properties dg retrovirus,retrotransposons:
 Mensintesis copy RNA dan membuat DNA menggunakan reverse transcriptase
 cDNA terintegrasi pada daerah kromosom baru

transposons Drosophila:
15% dari genome Drosophila merupakan DNA yg mobile

Terbagi 2 kelas yg berbeda:
1. copia retrotransposons
terawetkan,tersebar 5-100 copy/genome
struktur sama dengan Ty element
menggunakan RNA intermediate dan reverse transcriptase
2. P element
Hybrid dysgenesis,timbul kecacatan dari crossing strain spesifik Drosophila
Terjadi saat genome haploid jantan (P strain) memiliki 40 P element/genome
Panjangnya bervariasi antara 500-2.900 bp
P element mengkode repressor,yg membuatnya stabil pada dalam P strain (tp tdk stabil saat tersilang dg wild type betina;betina mengurangi repressor dalam sitoplasma)
Juga digunakan secara eksperimental sebagai vector transformasi



Huma retrotransposons:
Non-viral Retrotansposons
Tidak terdapat LTR dan memiliki bagian yg kaya dg A/T
Berpindah dg cara yg tidak biasa
Transposons yg paling sering ditemukan pada vertebrata
Terdapat 2 tipe:
Alu1 SINEs (short-interspersed sequences)
a. Panjang 300bp,diulang 300.000-500.000 kali
b. Diapit oleh 7-20bp repeat langsung
c. Beberapa ditranskripsi,lalu bergerak lewat RNA intermediate
d. Alu1 SINEs terdeteksi dalam intron neurofibromatosis (OMIM1622200);menghasilkan ekson yg hilang dan protein yg tdk fungsional


L-1 LINEs(long-interspersed sequences)
a. Ukuran element 6,5kb,diulang 50.000-100.000 kali (5% dari genome)
b. Mengandung ORFs dg homology untuk reverse transcriptase;mengurangi LTRs
c. Beberapa kasus hemophilia(OMIM-306700)diketahui merupakan hasil terbaru dari insersi transposed L1
d. Persentase terjadinya mutasi lebih kecil
Keduanya telah ditemukan menjadi penyebab kasus mutasi pada beberapa kasus penyakit genetic manusia,diantaranya:
Hemifilia A (gen Faktor VIII) dan Hemofilia B (gen Faktor IX)
X-linked severe combined immodeficiency(SCID)[gen pd bagian reseptor IL-2]
Porphyria
Predisposition to colon polyps dan cancer (gen APC)
Duchenne muscular dystrophy (gen dystropin)
Viral retrotransposons=HIV-1
HIV-1-penyebab AIDS-dan retrovirus manusia lainnya(misalnya HTLV-1,the human T-cell leukemia virus)sifat seperti retrotransposons
Genome RNA HIV-1 mengandung gen untuk :
1) Revers transcriptase dan
2) Integrasi
Integrasi memiliki fungsi yg sama dg transposase transposons DNA. Copy DNA bisa dimasukkan dimanapun di dalam genome





What good are transposons ?
Biasa disebut ‘junk’ DNA dan ‘selfish’ DNA
Junk karena tidak memiliki fungsi yg berarti bagi inang
Selfish  karena hanya berfungsi untuk membuat copy bagi dirinya sendiri (egois)
Karena kesamaan sekuen dari semua LINEs dan SINEs,membuat porsi yg besar dari DNA repetitive sel
Retrotransposons tidak bisa menjadi begitu ‘egois’ bahwa mereka dapat mengurangi ketahanan dari inangnya. Mungki,mereka pernah memberikan beberapa keuntungan. Dua kemungkinan:
Retrotransposons sering membawa beberapa sekuen tambahan pada ujung 3 nya untuk memasukkan ke dalam lokasi baru. Mungkin pada kesempatan ini membuat kombinasi baru ekson,promotor,dan enhancer yg menguntungkan inang
Telomerase,enzim penting untuk menjaga keutuhan panjang kromosom,berkaitan dg reverse transcriptase dari LINEs dan beberapa telah disusun darinya
Rekombinasi…..
Rekombinasi homolog
Sekuen sama diantara DNA homolog
Setidaknya ada 1 strans dari masing-masing DNA dupleks yg rusak
Strand2 berganti dan memotong ujung yg terligasi
Penggunaan rekombinasi homolog pada biologi molekuler
Meghasilkan kerusakan gen pada yeast dan mencit
Perubahan gen digunakan untuk klon gen
Site-specific recombination…
Terkadang disebut rekombinasi ‘ilegitimate’
Element DNA yg mobil
Pengintegrasi bacteriophagemis. Lambda dan P1
Penggunaan DNA mobil pada biologi molekuler
Transposons2 digunakan untuk menghasilkan mutasi pada gen
Retrovirus digunakan untuk terapi gen
Mobile element dan repeat sequence digunakan pada maping genome
Rekombinasi Cre-Lox P1 digunakan untuk menghasilkan kerusakan jaringan spesifik mencit
Summary………….
Replikasi kromosom membutuhkan enzim khusus to deal with ends dan topology
Replikasi kromosom berkoordinasi dg siklus sel
Genom tdk statis-rekombinasi homolog dan DNA mobil dapat menigkatkan perubahan