Jak je regulována duplikace transpozonů?

Skákající geny neboli „transpozony“ jsou malé úseky DNA, které jsou schopny přechodu z jednoho místa genomu do jiného. Díky této vlastnosti ovlivňují evoluci organismu například tím, že způsobují přestavby genomu, které zvyšují genetickou variabilitu. To poskytuje příležitost pro přirozený výběr k selekci nejvýhodnějších variant. Pozůstatky nejrůznějších mobilních elementů dnes tvoří takřka polovinu lidského genomu.

Transpozony byly poprvé popsány Barbarou McClintockovou, za což v roce 1983 obdržela Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu. Zásadní pro přesuny v rámci genomu u jedné ze skupin skákajících genů (tzv. DNA transpozonů) je enzym transpozáza, jehož kódující sekvence je nejpodstatnější část sekvence DNA přenášené transpozonem.

Tento enzym nejdříve rozpozná a naváže transpozon na obou koncích a posléze ho vyjme a vloží jej do nového místa v genomu. Pokud tento proces proběhne během syntetické fáze buněčného cyklu, zanechávají transpozony rovněž svou kopii v původním místě, protože zvyšování počtu kopií v rámci celého genomu chrání tyto elementy před možnou eliminací v průběhu meiózy. Zároveň by ale mohl nekontrolovaný exponenciální nárůst počtu kopií DNA transpozonů v konečném důsledku znamenat zánik jak hostitele, tak i těchto elementů.

Proto musí v buňkách existovat určité formy regulace. Její klíčový mechanismus popisuje nová studie analyzující proces duplikace eukaryotního transpozonu Hsmar1. Ukázalo se, že duplikace eukaryotních DNA transpozonů je regulována nejen posttranskripčním umlčováním transpozáz na úrovni mRNA, ale také kinetikou těchto enzymů. Výzkumníci nejprve navrhli matematický model, který simuloval dění na časové ose. Ten ukázal, že jakmile se přibližně zdvojnásobí počet kopií transpozonů v genomu, sníží se přibližně o polovinu rychlost vyštěpování a vkládání transpozonů, protože transpozáza začne saturovat svá vazebná místa a klastry tohoto enzymu začnou navzájem soutěžit o vazby, a tím si překážet, až je nakonec po překročení kritické hranice celý proces zastaven. To bylo následně ověřeno jak v podmínkách in vitro, tak i v systémech in vivo.

Kvůli těmto poznatkům musíme do jisté míry přehodnotit evoluční význam transpozonů, protože tato zjištění nabourávají obecnou představu o nich jako o ultrasobeckých elementech v eukaryotním genomu.

eLife 2013;2:e00668