I Trasposoni

Caratteristiche generali

I trasposoni, anche definiti elementi genetici trasponibili, sono porzioni del DNA presenti nel genoma di procarioti ed eucarioti. Sono capaci di muoversi da una posizione genica ad un’altra. Lo spostamento si verifica durante un evento di ricombinazione che avviene tra porzioni di DNA poste alle estremità dell’elemento trasponibile. Avviene in presenza di enzimi specifici chiamati trasposasi. Durante il processo di trasposizione, la trasposasi riconosce la sequenza del sito bersaglio e produce un taglio a singolo filamento. Il trasposone subisce anch’esso dei tagli e si inserisce nella sequenza bersaglio dove il DNA viene risaldato (Fig.1) con conseguente duplicazione della sequenza bersaglio. Data la scarsa selettività della trasposizione nel sito d’inserzione, né risulta una completa perdita di funzione del gene, se il trasposone si inserisce in questo gene, o la modulazione dei livelli di espressione di un gene, se il trasposone si inserisce nelle regioni regolatrici del gene.

La scoperta

I trasposoni sono stati individuati per la prima volta da Barbara McClintock nel 1940. La ricercatrice, studiando le cariossidi di mais, fu incuriosita da quelle che presentavano macchie di colore diverso su base incolore invece che la classica colorazione uniforme. Scoprì che l’insolita colorazione era dovuta al fatto che, saltuariamente, durante il suo sviluppo, l’allele mutato c (responsabile della cariosside incolore) poteva ritornare nel suo allele originario C (responsabile della cariosside colorata) dando origine alla macchia. Concluse che questa mutazione era da attribuirsi ad un “elemento mobile” (oggi noto come trasposone) che se presente nel gene C, ne causa la mutazione in c (quindi con assenza di produzione del pigmento colorato) e che, durante lo sviluppo della cariosside, da questi poteva essere escisso trasformando c in C con la capacità di generare nuovamente il pigmento.

I trasposoni nei procarioti

I trasposoni procariotici sono dotati di tutti i geni necessari alla loro integrazione ed escissione dal genoma. Contrariamente ai trasposoni eucariotici, capaci di integrarsi selettivamente in un sito specifico del genoma, quelli batterici, possono spostarsi in siti diversi del cromosoma batterico o integrarsi in un plasmide. I trasposoni batterici vengono distinti in:

• trasposoni complessi, caratterizzati dal contenere i geni da trasportare nella parte centrale della loro sequenza e le sequenze d’inserzione (IS) ai due lati di questa porzione centrale. Queste porzioni laterali non sono altro che sequenze ripetute ed invertite di coppie di basi che rendono possibile la trasposizione grazie alla sintesi della trasposasi, codificata da una delle due sequenze IS e fondamentale per tale processo. Il trasposone Tn10 è un esempio di trasposone composto (fig. 2).
• trasposoni semplici, caratterizzati dalla presenza di brevi sequenze a ripetizione invertita (IR) che non codificano per la trasposasi necessario al movimento ma è il trasposone stesso a contenerne il gene insieme ad altri geni batterici. Il trasposone Tn3 è un esempio di trasposone semplice, le brevi ripetizioni IR non codificano per la trasposasi ma è il trasposone stesso a contenere il gene per la sintesi di questo enzima (fig. 2).

I trasposoni negli eucarioti

I trasposoni degli eucarioti hanno una struttura molto simile a quella dei trasposoni procarioti. Contengono geni che codificano per le proteine necessarie per la trasposizione, e che permettono loro di uscire e reintegrarsi in siti diversi del genoma. Gli elementi trasponibili degli eucarioti sono comunemente distinti in:

• trasposoni di classe I, caratterizzati da una trasposizione che si verifica mediante la trascrizione del DNA in una copia di RNA e per questo anche denominati elementi a RNA. Questa copia a RNA viene poi nuovamente convertita in DNA, e a questo punto può essere inserita in un sito bersaglio del genoma dell’ospite (Fig. 3). Questo processo prende il nome di retrotrasposizione poiché caratterizzato da un flusso di informazione inverso, dall’RNA al DNA, invece che il contrario. Il numero di copie di elementi di classe I nel genoma ospite può essere considerevole. Questo è reso possibile dal fatto che molti RNA possono essere trascritti da un solo elemento e in teoria, ogni RNA può provocare l’inserzione del DNA corrispondente nel genoma ospite. Inoltre, considerato che la copia a RNA corrisponde ad uno step intermedio del processo di trasposizione, l’inserzione dei trasposoni di classe I nel genoma è prettamente permanente. Nonostante ciò, questi sono comunque considerati mobili perché le loro copie possono a loro volta inserirsi in un nuovo sito bersaglio.
• trasposoni di classe II, caratterizzati dalla trasposizione di porzioni di DNA da un sito all’altro del genoma e per questo anche denominati elementi a DNA. Contrariamente a quanto detto per gli elementi a RNA della classe I, i trasposoni di classe II possono essere escissi dal sito donatore (Fig. 3). Questo comporta che se l’inserzione nel gene ha causato una mutazione, l’escissione del trasposone dal sito mutato può revertire la mutazione originaria.

I trasposoni nell’uomo

Gli elementi trasponibili sono molto frequenti nel genoma umano arrivando a costituirne quasi la sua metà. La maggior parte di questi elementi può essere suddivisa in due grandi gruppi:

• Elementi nucleari dispersi lunghi (LINE, dall’inglese long interspersed nuclear elements), trasposti nel sito bersaglio mediante retrotrasposizione, utilizzando la trascrittasi inversa il cui gene è contenuto nella loro sequenza.
• Elementi nucleari dispersi corti (SINE, dall’inglese short interspersed nuclear elements), con caratteristiche strutturali identiche ai LINE ma non dotati del gene che codifica la trascrittasi inversa, e quindi probabilmente trasposti grazie alla trascrittasi inversa codificata da altri LINE. Le sequenze Alu (cosi chiamate poiché al loro interno contengono il sito di legame per l’enzima di restrizione Alu), circa un milione nel genoma umano, sono un esempio di SINE più diffuse.  

I trasposoni nell’evoluzione

La modalità e la ragione della comparsa dei trasposoni è una questione dibattuta ancora oggi. Si ritiene che si siano sviluppati nell’ultimo antenato comune degli esseri viventi o che fossero dei virus integratisi nel patrimonio genetico. Ciò nonostante, la loro presenza diffusa nel genoma degli organismi pluricellulari, è in contrasto con l’idea della vita e della sopravvivenza potendo causare importanti alterazioni dell’espressione genica.

Tuttavia, è importante considerare che la trasposizione è un fenomeno reversibile nella maggior parte dei casi. Il trasposone può essere escisso con conseguente ripristino della corretta sequenza del gene. I trasposoni si localizzano principalmente all’interno degli introni, e quindi essere rimossi durante lo splicing del pre-mRNA. La maggior parte di DNA mobile nel genoma umano è inattivo, e quindi incapace di aumentare nel numero di copie o inattivato da meccanismi epigenetici dell’ospite. Allo stesso modo, però, spesso sono proprio eventi di trasposizione genica a provocare l’insorgenza di gravi malattie fra cui alcuni tipi cancro.

Fonti

• https://www.chimica-online.it/biologia/trasposoni.htm – link
• Anthony J.F. Griffiths. Genetica, Principi di analisi formale. Zanichelli, sesta edizione
• James D. Watson. Biologia Molecolare del Gene. Zanichelli, sesta edizione
• Fatemeh Pourrajab, Seyedhossein Hekmatimoghaddam. Transposable elements, contributors in the evolution of organisms (from an arms race to a source of raw materials), Heliyon, Volume 7, Issue 1, 2021, e06029, ISSN 2405-8440.
• Feschotte C, Pritham EJ. DNA transposons and the evolution of eukaryotic genomes. Annu Rev Genet. 2007;41:331-68. doi: 10.1146/annurev.genet.40.110405.090448. PMID: 18076328; PMCID: PMC2167627.