טרנספוזונים

מילים נרדפות לטרנספוזונים:

גנים קופצים, גנים מובילים, Selfish DNA ושמות נוספים.

הטרנספוזונים מהווים בבני אדם כ45% מהגנום.

הטרנספוזונים תורמים למגוון באוכלוסייה וכמובן למוטציות, עשוים להשפיע על ביטוי גנים, ייצור גנים חדשים ספלייסינג וריאנט חדשים ועשויים לחולל מחלה.

הטרנספוזונים מתחלקים ל-2 קבוצות:

רטרו טרנספוזונים-  קופצים ע"י copy patse דרך יצירת RNA cDNA, וחדירה למקום חדש כשהישן נותר במקומו.

DNA  טרנספוזונים-  גזור והדבק. קופצים למקומות שונים בגנום, ללא הכפלה. 

סוגי טרנספוזונים:

HERV- endogenous retro viruses

דומים לרטרווירוסים, מאפיינים דומים, בעלי מקטעי LTR  בשני קצוות הרצף, gag (reverse transcriptase), env.

Non LTR human retro transposons

אין להם רצפי LTR

- LINE 

לחלק יש gag , הקבוצה מהווה כ20% מהגנום

SINE-  הנפוץ ביותר בגנום ההומני הוא Alu, כמליון מקטעים בגנום מהווה כ-10% מהגנום

חלוקת מרכיבי הדנ"א ההומני

בצמחים הטרנספוזונים מהווים כ90% מהגנום

אוטונומוס- LINES  מכילים LTR ויודעים לבטא RT כך שיכולים לבצע "קפיצה" בעצמם

נונאוטונומוס- כאלה שאינם מכילים את האנזים RT ואינם יכולים לקודד בעצמם אבל משתמשים באנזים של אלמנטים קופצים אחרים הפעילים בו בזמן.

לדוג LINE L1- ORF2 מכיל את RT ואינטגראז. הRNA שנוצרים הופכים לDNA ונכנסים למקום חדש בגנום. בו בזמן בזמן שORF2 מתבטא הוא יכול לספק את האנזימים לטרנספוזונים שאין להם.

במח יש הרבה יותר קפיצות משאר הרקמות בגוף.

בעובר יש יותר קפיצות מהוריו.

מה שמאפשר genetic variation  ויצירת טרנספוזונים חדשים.

בדכ קפיצה אינה משפיעה, האינטגרציה במקום לא משפיע והנזק יהיה קטן אם בכלל.

כשיש אינטגרציה במקומות חשובים עלולה להגרם נזק ולחולל מחלה.

ישנן כ65 מחלות שנגרמות עי קפיצות טרנספוזונים.

לDNA methylation יש תפקיד מאוד חשוב בהשתקת הגנים הקופצים עי hyper methylation.

קפיצות במח- L1 יכול לקפוץ בכל מיני אזורי במח. נמצאו כ80 קפיצות חדשות בכל תא באיזורים מסויימים במח.

טרם הובן תפקיד הקפיצה לפעילות המוחית .

בסרטן, יש איבוד של מתילציה.

פרומוטורים הממותלים בCpG iland לעיתים יש איבוד של מתילציה בתהליך הסרטני ובעקבות כך אנו עשוים לקבל טרנספוזיציות חדשות.

יתכן ומדובר בpassenger mutation, התפתחות מוטציה חדשה בתהליך סרטני שנגרם ממוטציה אחרת.

עם זאת יתכן והקפיצה הפעילה אונקוגן או השתקה של TSG.

נבדק האם למתילציה יש השפעה על רגולציה של טרנספוזון L1.

שימוש ב5AZA נוקלאוזיד שאינו עובר מתילציה, אליו נקשרים DNMTs ולא יכולים להשתחרר. כך הם עוברים פרוטאוליזה. רמת DNMTs יורדת, במידה והתאים מתחלקים לא יהיו מתילציות.

רמות גבוהות של 5AZA גורמות להפעלת מנגנון DNA damage.

TSA- מעכב היסטון דה אצטילאז  , כשניתן לבדו לא נותן אפקט אבל בטיפול סינרגיסטי עם 5AZA  נותן אפקט חזק.

בסרטן נראו ביטוי יתר של טרנספוזונים, יש נסיון לפתח שיטה לזיהוי סרטן באמצעות ביטוי יתר של טרנספוזונים כמרקר או אפילו לפיתוח טיפול.

במקרי סרטן שונים עשויים להיות hypomethylation  על LINES .

ניתן לראות בסרטן הערמונית, בדקו מתילציות על HERV בהשוואה לתאים נורמאלים. יש ביטוי יתר בסרטן

יש קשר בין דלקת וסרטן.

בשל פקטורים המופרשים בזמן דלקת המסייעים לתאי מערכת החיסון עשויים לגרום לאינדקציה של HERVS. בתוך כך עשוי להתבטא Env, חלבון המעטפת של הרטרוטרנספוזון. לעיתים ממש נוכל לראות ויריונים היוצאים מהתאים לאחר אקטיבציה. החלבונים המופרשים על פני התאים בעת בנית הויריונים גורמים להפרשת IL10  שהוא Immunosopressor (גורם להתמיינות לTreg) הרבה מקרי סרטן מנצלים את דיכוי מערכת החיסון ומצליחים להתחמק .

יש מיצלות המשתחררות מהתאים הסרטניים המכילות env ומגיעות לאיזורים מטאסטטיים, יש עלייה ברמות המיצלות במקרי סרטן עם מטאסטאזות, יתכן ויש למיצלות הללן תפקיד בהתפתחות המטסטזיס.

רב הטרנספוזונים הם "מאובנים" של וירוסים.

התאים יכולים לבקר את הקפיצות עי מתילציות ב DNA, חלבון CRAFT (?), Teterin,ומנגנונים נוספים שמונעים ביטוי.

טרנספוזונים שקפצו בצמחים ואיפשרו ביטוי גנים תחת מצבי סטרס, הם משמשים פרומוטור אלטרנטיב י כך שאם הטרנספוזון שקפץ הוא copy paste  אז הטרנספוזון המועתק והמקורי עובדים על אותם אינדוסרים וברגע שגן אחד מופעל כולם מופעלים בשל היותם מופעלים עי אותו פרומוטור-  יופעלו גנים בשל הפעלת הפרומוטור של הטרנספוזון ולא בשל הפעלה מבוקרת של הגן.

טרנספוזונים על אף היותם מושתקים רב הזמן, בקפיצותיהם מאיצים את האבולוציה.

לעיתים זה יתרון מאחר והם מקנים יתרון סלקטיבי.

HERVS

Human endogenous retroviruses

רטרווירוסים שעברו מפרט אחד לאחר (הוריזונטלית) ובאישהו שלב עשו אינטגרציה לגנום בתאי המין אשר מעבירים את המידע אל הצאצאים, כך הם עוברים בתורשה.

בעכבר- MERVS

LTR רצפים המאפשרים את הקפיצות- לעיתים שני מקטעי LTR יכלאו ביניהם מקטע DNA שאינו ויראלי ויקפצו איתו הלאה.

endogenous retroviruses- 3 סוגים α,β,γ משייכים על פי הומולוגיה לוירוס המקורי

הפריימר של הRT הוא tRNA תאי. לכל קבוצת רטרווירוסים יש tRNA אחר 

HERVS מסוג 2 קופצים הרבה בעכברים.

דברים חיוביים באנדוגנוס רטרווירוסים-  

1.     חלבון השייך לאנדוג'נוס רטרווירוסים –syncytin המסייע בהדבקה של הוירוס בתאים חדשים. הוא היוצר את השלייה. (השלייה מורכבת מתאים הצמודים זה לזה)

בכל יונק נוצרת השלייה עם החלבון syncytin אבל בכל יונק, רטרווירוס אחר תרם את חלקו.

2.     אשה הרה, אינה תוקפת את העובר שלה-  ההשערה היא שמערכת החיסון מדוכאת עי מרכיבי הenv של הרטרו וירוסים ומונעים את פעילותה. L1 מתבטא בעובר- ראקטיבציה של רטרווירוסים בעקבות המחיקה. כמו במצבי סרטן

3.  ב-  תאי גזע יש ביטוי של  HERV H. 

      יש לו חשיבות ב maintenance  של stemness. 

כשעושים נוקדאון של HERV H יש ירידה במרקרים של תאי גזע. כמו כן ביצירת stem cells  יש עלייה בHERVH  יכול להשפיע על ביטוי גנים ולשמש ככואקטיבטור

Alus

בערך 1/3 מהCpG בגנום נמצאים על Alus. ככל שרצפי הAlu עתיקים יותר(נמצאים בגנום מליוני שנים) כך הם נמצאים באזורים שמורים יותר ויתהיה להם פונקציה יותר שמורה לעומת רצפים צעירים יותר.

לרצפים אלה יש ככל הנראה תפקיד כאינהנסרים, על פי המתילציות האופייניות לאינהנסרים, מאפייני האינהנסרים H3K4me1 –לא פעיל(על פרומוטור יהיה H3K4me3) אם יש חיבור של H3K27ac הוא יהיה אינהנסר פעיל. 

 

H3K4me1 מודיפקציה האופיינית לאינהנסר. ניתן לראות שככל שהAlus יותר "זקנים" כך המודיפיקציה הזו משתלטת עליהם.

הAlus אשר מקבלים את המודיפיקציה H3K4me1 מצביע על כך שהם אינהנסר בpoise.

H3K4me3 פחות נראה בתרשים- מאפיין פרומוטור.

 

ככל שהAlus יותר ותיקים יש פחות דיברסיטי- יותר שמורים, וכן עלייה בקישור מוטיבים שהם פקטורי שעתוק- תיאור של אינהנסר מושתק.

מודל הפיכת מקטעי Alus לאינהנסרים:

Alus עם הזמן (ותק) הופכים להיות אינהנסרים עם מאפיינים מתאימים.

הרבה מהAlus שנמצאים ליד גנים מאוד דומים לאינהנסרים מבחינת מודיפיקציות על היסטונים.

Endogenose retro viruses

HERVS עשוים לשמש כפרומוטורים, אינהנסרים, אינסולטורים, מקודדי פוליאדנילאציה ואיזורי קישור לפקטורים. כ320K איזורי קישור לפקטורי שעתוק רק עליהם. דבר המשפיע על שעתוק במקומות אחרים באופן לא ישיר בשל התחרות כי יש המון אזורי קישור. בנוסף ליכולת לשמש כאינהנסרים שיכולים לקשור פקטורי שעתוק.

רצף LTR יכול לשמש כאינהנסר, פרומוטור, סיגנל לפוליאדנילציה מתוקף תפקידו בוירוס הקדום.

השפעה על ביטוי גנים יכול להיות :

גנים המתבטאים חזק מכילים יותר LINE1 מאשר גנים שיש בהם פחות אינטראקציה בין אם האינטגרציה ממוקממת באינטרון/אקסון או מקום אחר.

LINE1 ככל הנראה מפריע לאלונגציה, מתקבלים טרנסקריפטים קצרים ויש סלקציה על תאים המבטאים תוצרים כאלה

טיפול בתאי סרטן במעכבי immune modulation בשילוב עם תרופות  המעכבות  DNMTs- HERVS הממותלים יאבדו את ההשתקה, יבטאו ds RNA הגורם לאקטיבציה של מנגנונים כנגד וירוסים בתאים( ,MAVS,MDA5, TLR3,  שחרור אינטרפרון B מאקטבים תאי סרטן בסביבה)  טיפולים כמו anti CTLA4 המאקטבים את מע' החיסון עובדים טוב יותר בשילוב.

בטיפול ב5AZA ניתן לראות יהיה היפומתילציה של HERVS ויאפשר את אותו התהליך.

התא ש5AZA משפיע עליו מפריש אינטרפרון בטא, יכול להשפיע על התאים בסביבה.

אם משתמשים בחומר המפעיל את MDA5, MAVS  או IRF7 גורם לירידה בתאים הסרטניים.

Insulators

 

יש צורך לבודד את תהליך הביטוי של גנים על מנת שלא יהיה ביטוי של גנים סמוכים. האינסולטור הוא רצף DNA הקושר חלבון בדכ CTCF שיכול להפעיל פקטורים נוספים.

 

CTCF- חלבון המסייע ביצירת לולאה וקירוב האינהנסר לפרומוטור

שני סוגים

1-     Barrier insulators חוסם איזור מסוים שhetro chromatin לא יתפשט , יוצר גבול.

2-     Enhancer- blocking insulators שומר שאינהנסר לא ישפיע על פרומוטורים סמוכים, חוסם את המעבר. בדכ יהיה בין האינהנסר לפרומוטור

 

חלבונים הקושרים הטרוכרומטין- HP1 (hetro chromatin protein 1), קושר היסטון3 ממותל, וsuvar (עושה H3K9me3) המגייסים זה את זה ומגבירים זה את פעילותו של זה- הגברת הטרוכרומטין הbarrier insulator עוצר את התפשטות הכרומטין.

HP1, suvar ודה אצטילציה ומתילציה של היסטונים. האינסולטור צריך להביא חלבון עם HAT activity שכל הזמן עושה אצטילציה של היסטונים.

קומפלקס הקוהזין , נמצא שCTCF עובר אינטראקציה עם קוהזין. ביטוי CTCF וקוהזין עולה באותו זמן 

יCTCF הוא הפקטור המביא את חלבון הקוהזין

שניהם חשובים כאינסולטורים כקומפלקס (לא בזמן חלוקה)

קישור CTCF לאיזור הקישור שלו מושפע ממתילציות. מתילציה מונעת קישור CTCF

מחלה המתאפיינת בגדילה של איברים-  סינדרום VWS נגרמת בדכ ע"י DNA methylation במצב נורמאלי יש מתילציה על אלל מהאם/ האב ולבטא אלל אחד. שינויים במתילציה עשוי לגרום לחוסר בביטוי או ביטוי כפול של שני האללים.

אינטראקציה בין  אינהנסר ופרומוטור בלופינג (קומפלקס קוהזין CTCFו)

אינהנסר משפיע רק על פרומוטורים שעל אותו הכרומוזום

הכרומוזומים ממוקמים בצורה מאוד מבוקרת בתוך הגרעין וההשערה היא שבגלל אינהנסר ישפיע רק על הכרומוזום עליו הוא נמצא.

האינסולטורים מארגנים את הכרומטין בלולאות.