第七章 转座因子2

4 TnA转座模式
TnA,长约5kb左右，两端具有IR，而不是IS，中部的编码区编码抗性标记、 转座酶和解离酶。 TnpA介导转座分为两步,分别由tnpA,、tnpR编码的转座酶（transposase） 和解离酶（resolvase）来完成的。 解离顺序（res）是内部的特殊位点，只有TnA家族才具有这一位点。
150bp 1.5kb
att L C
A
B
S
U
att R
以E.coli为寄主的温和型噬菌体（溶源、裂解）
150bp 1.5kb
P att L C
A
B
S
U
att R gin
G 倒位区 38kb
C repressor for A, B B 33 kd 与转座有关 A 70 kd 转座酶 U, S 毒性蛋白 attL, attR 与寄主同源，反向重复，转座必需 Gin G区倒位酶
1kb左右的编码区，它仅编码和转座有关的转座酶。
DNA转座的一般模式
表 23-4 IS 的结构和功能 DR(bp) IR(bp) 中 心 区 靶的选择 域(bp) IS 1 IS2 IS4 IS5 IS10R IS50R IS903 9 5 11～13 4 9 9 9 23 41 18 16 22 9 18 768 1327 1428 1195 1329 1531 1057 随机 热点 AAN20TTT 热点 NGCTNAGCN 热点 随机 5～8 5 (在 F 因子上为 1) 1或2 ？ 拷贝数
• 3.复合转座子在两个末端有IS序列 • 4.首先，在靶位点处产生一个交错切口，切 出转座子。接着，转座子与靶位点连接。 最后，填补插入位点两侧的单链区。 • 5.转座子转座时能够导致宿主序列的缺失、 重复或插入。另外，转座子通过宿主重组 系统导致基因组重排。
共合体
重组
转座子被切开的 末端和靶被切开 的末端连接 交叉结构(单链转移复合
共合体(cointegrate)的发生 Mu噬菌体DNA的起始操作是由MuA转座酶完成的。 带有22bp一致序列的3个MuA结合位点位于DNA的二端。L1， L2和L3在左端；R1，R2和R3在右端。 图表示Mu转座子DNA和靶序列通过3个阶段阶段反应进行连 接。
转录单位 res
IR 38 tnpA 3066
IR tnpR 558 amp R 861 38
19
tnpA
GUA -58
Ⅰ 0
Ⅱ
Ⅲ
AUG +105
tnpR
mRNA
mRNA
5 Tn10的转座
每个转座子控制自身转座的核心----控制转座酶的水平 不到一个转座酶分子／世代／细胞 ◘自发转座频率---10－7 Tn10有两种控制转座的方式
转座过程： n 转座酶（transposase）催化IS的转座，它由IS编码。 n 首先转座酶交错切开宿主靶位点，然后IS插入，与 宿主的单链末端相连接，余下的缺口由DNA聚合酶 和连接酶加以填补，最终插入的IS两端形成了DR或 靶重复。
若IS插入到某基因内，通常这个基因就会失活， 发生基因突变。 不同IS的插入方向不同，基因突变的结果不同:
转座机理
切离或复制DNA后插 入靶位 复制DNA后插入靶位 切离DNA后插入靶位
举例
IS1,IS10
复合转座子
真核转座子
Tn9
果蝇P成分， 玉米Ds、Ac 酵母Ty成分 果蝇Copia成分 果蝇F和G成分， 哺乳动物的 LINE,SINE,人Alu
病毒反转座子 LTRs;逆转录酶、 整合酶、gag蛋白 编码基因 非病毒反转座 子 各种长度的3`端 富含A/T区；逆转 录酶编码基因
◘ 转座子对2个位点甲基化的反应体现了IS10的转座的能力是和复制是相关的。
◘ 一个位点在IS10R末端的IR中。此是转座酶结合的地方，此位点的甲基化 抑制了转录酶和DNA的结合。
◘ 另一个位点是在Pin中，这是启动子转录转座酶基因。该位点的甲基化抑 制转录合成。
转座酶
Tn10
>>>>>>>
IS10R >>>>>>>> OUT IN
homework
• 一、名词解释 • 1.插入序列(IS) 2.转座子 3. 转座噬菌体
二、简答题 • 1.描述两种转座子引起基因组重排的方式。 • 2.IS元件整合到靶位点时会发生什么? • 3.一个复合转座子和一个IS元件之间的关系 是什么?。 • 4.列出一个转座子插入到一个新位点所要求 的步骤. • 。
剪切转座子末端和靶位点并将被切的末端连接到靶位点形成转移复合体，以此起始转座
Mu噬菌体的转座酶(MuA)使Mu的末端联会并反式剪切其末端DNA，然后和靶位 点DNA反式连接
转座酶结合在 Tn 两端
2.2 非复制型转座 断裂和重接反应使靶重构 。 供体保持裂缺。 不ຫໍສະໝຸດ Baidu成共合体。
转座子末端被交错剪切
第七章 转座子
• 第一节 概述
• 第二节 转座子的分类
• 第三节 转座发生的机制
• 第四节 反转录病毒和反转座子
第一节 概述
1 概念：
转座子（transponsn,简称Tn）, 又称易位子， 是指存在于染色体DNA上可以自主复制和位移的 一段DNA顺序。
转座子可以在不同复制子之间转移，以非正常重组 方式从一个位点插入到另外一个位点，对新位点基 因的结构与表达产生多种遗传效应。
第二节 转座子的分类
1 转座因子的类型
1.1 插入序列(IS)
IS家族有很多成员，它们的结构相似 特征： 两端都有短5-9bp的正向重复序列（direct repeats, DR） （靶序列）， 略长15-25bp的反向重复序列（inverted repeats, IR）
最简单的转座子称为插入序列(Insertion sequence，IS)。
IS 组件相同，方向相反 >>>>> ISL IS 组件 中的 IR camR >>>>> ISR IS 组件 中的 IR
图 23-31 复合转座子结构的(Tn9)
第三节 转座发生的机制
1 类型
1.1 复制型转座（replicative transposition）： 转座是伴随着新拷贝的复制。
宿主 DNA
过量的 OUT－RNA 与其配对，抑制 IN－RNA 的转录
甲基化阻止转录酶和 DNA 结合
甲基化阻止转录酶合成 图 23- 46 几种抑制 Tn10 专座的机制，主要是通过控专座酶的合成来调节
主要类型转座子
类型
细菌插入序 列（IS）
结构特征
TIRs;转座酶和或拆 分酶编码基因 IS组份；抗药基因 TIRs;蛋白质编码 基因（有内含子）
RNA聚合酶ІI从左 侧LTR的启动子转 录RNA,逆转录，插 入靶位 从内部启动子转录 RNA,RNA折叠为逆 转录酶提供引物， 插入靶位
第四节 转座噬菌体 Mu phage （巨型转 座子 ）
• Taylor于1963年发现了一种特殊的噬菌体， 称为Mu(mutator phage)，它是大肠杆菌 的一种温和噬菌体。 • Mu几乎可插入宿主染色体任何一个位置上， 而且游离Mu和已经插入的Mu基因次序是相 同的。
宿主的修复系统能识别此处双链断裂并进行修复。
2 转座的机制
2.1 复制性转座: 特征： 1）转座后原来位置 上的转座因子保持 不变； 2）在新的位置上的 转座因子的两侧出 现顺向重复序列 3）转座过程中有一 共合体(cointegrate)。
Tn
从 3’ 末端复制 产生共合体
靶
单链交错切割
Nobel Prize for Physiology or Medicine 1983
• Prokaryotic transposons： -------插入序列（insertion sequence， IS) -------复合转座子（composite transposon) -------可转移噬菌体(transposable phages) • Eukaryotic transposons： -----转座子（transposon) -----反转座子（retrotransposon)
• 5.IS元件整合到靶位点时会发生什么? • 6.一个复合转座子和一个IS元件之间的 关系是什么?。 • 7.简述大肠杆菌的插入序列，并指出它 们对自发突变的重要性。
Answer
• 1.转座子转座时能够导致宿主序列的缺失、 重复或插入。另外，转座子通过宿主重组 系统导致基因组重排。 • 2. 由于在转座子插入之前已产生一个交错 切口，而且这一交错切口在转座子插入后 被填补，因此导致靶位点序列重复。
+
另一条链也被切
受体也被交错切割
图 23-42 交换结构经剪切释放 后导致非复制型转座子插入到靶 DNA 中，DR 包在两侧，供体留 下了一个双链缺口。
供体被释放
Tn 连接到靶上
图 23-43 Tn 的两条链先后被切割，然后转座子与切开 的靶位点连接。
3 转座作用的遗传效应
• • • • 引起插入突变 产生新的基因 产生染色体畸变 引起生物进化
• 它的两端没有粘性末端，插入某基因中就 引起该基因突变。
• Mu噬菌体为一37kb的线状DNA，两端各 带一小段大肠杆菌的DNA，这与该噬菌体 插人大肠杆菌染色体上有关。 • 距末端不远处也有类似于IS的序列，但位 置不对称。靠近一端处存在与转座有关的A、 B基因，它们分别编码70000和33000两 种蛋白，在A、B与末端之间有一C区，对A、 B有负调控作用。
① 如IS1因子不论以什么方向插入都会降低基因的表达，
②而IS2因子以同一方向插入到染色体中，则会减少基因的表 达，但以相反方向整合，则会增加基因表达。 ③不同转座元件的转座频率不同。一般为10-3-10-4 次/世代。 ④恢复频率则很低(通过精确切除IS元件而产生)，为10-6-10-10/ 代。比插入频率率低 10 -3 倍。
两种酶：转座酶和解离酶。
TnA转座子 。 1.2 非复制型转座（nonreplicative transposition）： 一个位点移到另一位点。 一种酶：转座酶 。
供体中无转座子。
插入序列和复合转座子Tn10及Tn5； 1.3 保守转座（conservative tranposition）
2 转座因子的发现和检出
1951年McClintock提出转座（Transposition）和
跳跃基因(jumping gene)的新概念；
1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因子（transposable element）。
Barbara McClintock
(1902-1992)
表 复合转座子的结构和功能
转座因 子 Tn903 Tn9 Tn10 长 度 (bp) 3100 2500 9300 遗传标 记 KanR CamR TetR 末端组 件 IS903 IS 1 IS 10R IS 10L Tn5 5700 KanR IS 50R IS 50L 反向 1 bp的改变 反向 有2.5%的 差异 方向 反向 正向 二组件的关 系 相同 推测相同 组件的功能 二者皆有功 能 预计有功能 有功能 无功能 有功能 无功能
2 复合转座子（composite
transposon）
复合转座子是由两个重复序列夹着一个或多个结构基 因如某些抗药性基因和其它基因组成。
存在于R因子及其它质粒中。 复合转座子两端的组件由IS和类IS组成。
Tn3
IR 38bp
TnpA Res
TnpR
AmpR
IR 38bp
转座酶
regulator β- 内酰胺酶
Mu的插入途径
a） 侵入的Mu在溶源化
过程中任意插入寄DNA b） 进入裂解生长后， 复制产生后代Mu DNA 几乎全部插入寄主DNA 中，并可继续转座（形 成寄主DNA和Mu的共 合体），噬菌体成熟时， 切段共合体包装
• Mu的转座频率比一般的转座子要高，它的 两端携带宿主的DNA，而且每一个Mu所携 带的宿主DNA都各不相同。在转座过程中， 它摆脱两端原有的细菌DNA而转座到新的 某个位点上。
a） 通过反义RNA的翻译水平控制
◘ IS10R外侧边缘两个启动子 ◘ PIN控制IS10R的转录 弱启动子 ◘ POUT—强启动子 右向转录宿主DNA ◘ INRNA和OUTRNA
有36bp的重叠
稳定性： OUTRNA››INRNA
◘ 大量OUTRNA作为
INRNA的反义RNA >5拷贝
b） 甲基化作用控制转座酶合成及其与DNA的结合