VIRUSOLOĢIJA (VĪRUSI UN ĀRPUSHROMOSOMU ĢENĒTISKIE ELEMENTI)

1. VIRUSOLOĢIJA (VĪRUSI UN ĀRPUSHROMOSOMU ĢENĒTISKIE ELEMENTI) VĪRUSU UN ĀRPUSHROMOSOMU ELEMENTU GRUPAS Transpozoni un plazmīdas

2. Transpozoni • Vispārējs raksturojums - rekombinācijas veidi • Vienkāršie DNS transpozoni • Retrotranspozoni • Retropozoni • Saliktie DNS transpozoni

3. Transpozonuvispārējs raksturojums • Rekombinācijas veidi: • Vispārējā jeb homoloģiskā rekombinācija (meijoze, garas homologas DNA secības) • Sait-specifiskā (starp divām noteiktām “specifiskām” DNA secībām, piem., l un E.coli) • Transpozīcija jeb nelikumīgā rekombinācija illegitimate (viena DNS secība tiek iestarpināta citā bez kādas homoloģijas prasībām, DNS pavedieni tiek pārrauti un atkal savienoti)

4. Transpozonuvispārējs raksturojums • Transpozīcijas veidi: • Replikatīvā transpozīcija - transpozons pārvieto savu kopiju citā DNA rajonā, saglabājot arī veco lokalizāciju (kointegrāts, resolvāze Tn 3; IS1); • Konservatīvā transpozīcija - transpozons pārvietojas no vienas vietas genomā uz citu, neatstājot mutācijas donora saitā (Tn 5; IS1?).

5. Transpozoni 2x103 - 4x104 b.p. garas DNS molekulas, spēj pārvietoties no viens integrācijas vietas uz citu viena replikona robežās vai starp replikoniem šūnā, nes gan pārvietošanās funkcijai nepieciešamos gēnus, gan arī papildus funkciju, piem., pretantibiotiku rezistences gēnus.

6. Transpozonu atklāšana • 1949.g. - Nestabilās graudu krāsas mutācijas kukurūzai; B. McClintock • 1963. - 1965. g.g. transpozīcijas baktēriju gal operonā, P. Starlinger, S. Cohen

7. Augu transpozoni Nature Rev. Genetics, May, 2002

8. Nature Rev. Genetics, May, 2002

9. Augu vienkāršie DNS transpozoni:

10. 60.-tie gadi: Shapiro (ASV), Satrlinger (Vācija) transpozīcija baktērijās

11. Trīs vienkāršo transpozonu pamattipi : 1) DNS transpozoni

12. Baktēriju vienkāršie DNS transpozoni: IS1 - 768 bp; IS2 - 1442 bp; IS5 - 1195 bp; Tn 1000 - 9.5 kbp Inserciju (IS) elementi 750 - 1x104 b.p. garas DNS molekulas, spēj pārvietoties no viens integrācijas vietas uz citu viena replikona robežās vai starp replikoniem šūnā, nes tikai pārvietošanās funkcijai nepieciešamos gēnus.

13. Baktēriju vienkāršie DNS transpozoni: Tn3 (ampicilīna rezistences) grupa

14. Saliktie transpozoni (baktērijas): • Tn 5 (KmR)invertēti flankējošo IS elementu atkārtojumi; • Tn 9 (Cm R)tieši flankējošo IS elementu atkārtojumi; • Tn 10 (TcR)

15. Saliktu transpozonu veidošanās

16. Saimnieka genoma secību atkārtojumu veidošanās transpozīcijas procesā

17. Adenovīruss kā transpozons: integrācija genomā veido >5000 bp garus IR N.Hochstein, I.Muiznieks, L.Mangel,H. Brondke,W. Doerfler JOURNAL OF VIROLOGY, May 2007, p. 5349–5361

18. Adenovīruss kā transpozons: integrēta vīrusa DNS veido līdz > 400 kbp garu cilpu

19. Transpozīciju pašierobežošanas spēja un imunitāte Hibrīdu disģenēze / sugu veidošanās modelis. Drozofīlas. P+līnija nes P-elementu; P-līnija - bez P-elementa.

20. Hibrīdu disģenēze

21. Hibrīdu disģenēze Hibrīdu disģenēzes fenotipu veido P elementu transpozīcija P līnijas tēviņu un M līnijas mātīšu krustošanā iegūtajās embrionālajās šūnās. Transpozīcija nenotiek somātiskajās šūnās, jo tikai embrionālajās šūnās veidojas transpozāzes mRNS specifiskais splaisings. Hibrīdu disģenēze novērojama P līnijas tēviņu un M līnijas mātīšu krustošanā, bet ne M līnijas tēviņu un P līnijas mātīšu (mušas ar autonomu P elementu) krustošanā, jo P līnijas mātīšu olas satur daudz represora proteīna, kas nepieļauj transpozāzes transkripciju. M līnijas mātīšu olās šī represora nav dod iespēju P līnijas tēviņu spermas transpozonu kustībai.

22. Trīs vienkāršo transpozonu pamattipi: 2) garie RNS transpozoni

23. Retrotranspozoni Transpozoni, kuru replikācijai nepieciešamas DNS-RNS-DNS stadijas, lai pārvietotos pa genomu, kodē šajā procesā piedalošos fermentu - atgriezenisko (reverso) transkriptāzi - revertāzi.

24. Trīs vienkāršo transpozonu pamattipi: 3) īsie RNS transpozoni

25. Retrovīrusiem līdzīgie transpozoni

26. SINE un LINE elementi cilvēka genomā (~ 10%) Short INterspersed Elements - Alu - secības ~ 300 bp, ~ 500 000 kopijas, poly(A) Long INterspersed Elements - Kpn secības 5-6 kbp, ~ 50 000 kopijas, revertāze Saskaņotā (concerted) evolūcija. Transpozīciju sprādzieni

27. Migrējošie gēni, vīrusu pēdas cilvēka genomā. Iespējamā vīrusu loma evolūcijas tempa paātrināšanā.

29. PLAZMĪDAS • Vispārīgais raksturojums • Klasifikācija: • funkcijas • replikācijas regulācija • nesavietojamība • transmisibilitāte

30. Plazmīdu vispārīgais raksturojums • Gredzenveida, retos gadījumos lineāri ekstrahromosomālās dsDNS elementi, 3x103 - 1x106 b.p., kas • baktēriju šūnās replicējas fiziski nesaistīti ar nukleoīdu; • kodē šūnai nosacīti noderīgas ģenētiskās īpašības; • dažreiz kodē proteīnus, kas veido specifiskas morfoloģiskas struktūras (pilus, piocīni) • dažreiz spēj integrēties saimniekšūnas genomā (episomas)

31. Plazmīdu atklāšana Dabā sastopamo plazmīdu garums ~ 3 - ~ 300 kbp. F faktors atklāts 1946. g. (Lederberg&Tatum); termins “plazmīda” 1952. g. (J.Lederberg)

32. Plazmīda - vīruss Lizogēns fāgs P2 spēj ieģērbt savu olbaltumvielu apvalkā plazmīdu P4, pārvēršot to par vīrusu; Epšteina-Barra vīruss vai l-fāgs, kas zaudējis integrācijai nepieciešamos gēnus, spēj eksistēt šūnā autonomā formā. Lizogēns fāgs Baktēriju vīruss, kurš spēj eksistēt kā autonomā, tā arī hromosomā integrētā veidā.

33. Plazmīdu DNS topoloģija

34. Plazmīdu DNS topoloģija

35. Plazmīdu DNS topoloģija

36. Superspiralizācijas blīvums

38. Superspiralizācija un gēnu ekspresija vektorplazmīdās

39. Plazmīdu klasifikācija • Funkcijas • Fertilitāte [ F, Hfr; F’] • Rezistence [ R, rtf, modulārā struktūra] • Kolicinogenitāte [ColE, B, V, I, K, Clo] • Enteropatogenitāte [K88; K98] • Biodegradācija [TOL; XYL] • Kriptiskās plazmīdas • Rekombinantās vektorplazmīdas

40. Fertilitāte [ F, Hfr; F’]

41. Konjugācijas procesā no šūnas uz šūnu tiek pārnests viens plazmīdas DNS pavediens

42. Rezistence [ R, rtf, modulārā struktūra]

43. Rezistence, pret antibiotikām rezistento celmu izplatība klīnikās

44. Kolicinogenitāte [ColE, B, V, I, K, Clo]

45. Rekombinantās plazmīdas un vektorplazmīdas – gēnu pārnese un klonēšana

46. Plazmīdu klasifikācija Replikācija Stingrā kontrole [saskaņoti ar nukleoīdu, neliels kopiju skaits] Atslābinātā kontrole [nesaskaņoti ar nukleoīdu, liels kopiju skaits]

47. Replikācijas iniciācija ar RNS praimeru

48. Replikācijas iniciācija ar RNS praimeru

49. Replikācijas aktivitātes negatīva regulācija ar anti-sens RNS palīdzību

50. Rekombinantās plazmīdas un vektorplazmīdas – gēnu pārnese un klonēšana