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A. J. Griffiths – S. R. Wessler – S. B. Carroll – J. Doebley
Genetica
Settima edizione italiana condotta
sulla decima edizione americana
Capitolo 15:
Il genoma dinamico:
gli elementi trasponibili
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Riarrangiamenti prodotti dai trasposoni
X
delezione
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Riarrangiamenti prodotti dai trasposoni
a
b
c
d
b
a
X
d
c
inversione
a
c
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b
d
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Riarrangiamenti prodotti dai trasposoni
fusione di repliconi
formazione del
cointegrato
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il trasposone Tn3
sito di risoluzione del
cointegrato
tnpA
trasposasi
tnpR
bla
resolvasi b-lattamasi
sequenza ripetuta invertita
di 38 bp
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Un virus trasponibile: il batteriofago Mu
E’ un virus temperato
In seguito ad infezione, il suo DNA si integra in siti distribuiti
casualmente sul cromosoma
Tra i batteri lisogeni si osservano mutanti dovuti all’inattivazione
per integrazione del profago
Si replica mediante trasposizione (una nuova copia del DNA virale
è inserita in un punto diverso del cromosoma batterico)
Come i trasposoni è in grado di promuovere riarrangiamenti del
materiale genetico (delezioni, inversioni, fusione di repliconi ecc.)
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La mappa genetica del fago Mu
geni della testa e della coda
immunità
c AB
C
integrazione
replicazione
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regione G
invertibile
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Il plasmide di resistenza R1
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Elementi trasponibili
Sequenze che hanno la capacità di muoversi da un sito all’altro del
cromosoma
sito donatore
sito accettore
Diversamente dagli altri processi coinvolti nella ristrutturazione
genomica, per la trasposizione non c’è nessuna omologia tra le
sequenze del sito donatore e accettore
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Gli elementi trasponibili sono responsabili dell’integrazione del fattore F
G
H
S D
I
IS3
gd
F
IS3
C
B
F
K
E
IS2
94 Kb
L
A
J
oriT
inc, rep
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Origine dei trasposoni composti
trasposizione in un sito adiacente
IS
IS
1 o più geni batterici
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GATCA
CTAGT
sito bersaglio
GATCA
CTAGT
GATCA
CTAGT
ripetizioni dirette del sito bersaglio
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Gli elementi IS
Le IS sono unità autonome e codificano solo per le proteine
necessarie alla propria trasposizione.
Sono costituenti comuni di cromosomi e plasmidi
IR
210 bp
InsA
273 bp
InsB
IR
768 bp
IR
Trasposasi
IR
IS1
{
E.coli
Shigella
Serratia
3-12
30-40
2
IS2, IS3, IS4, IS5
lunghezza media sequenze IS: 1000-1500 bp
lunghezza media IR: 10-25 bp
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Trasposoni composti
IR
IR
altri geni
lunghezza
(bp)
Tn3
Tn501
Tn951
Tn5
Tn9
Tn10
Tn1681
4957
8200
16500
5700
2500
9300
2061
IR
sequenza IS
sequenza IS
trasposone
IR
modulo
terminale
IS50
IS1
IS10
IS1
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marcatori genetici
Amp
Hg
Utilizzazione lattosio
Kc
Cm
Tet
Enterotossina stabile
al calore
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Formazione di sequenze ripetute dirette
nel sito bersaglio di un trasposone
GGGTTTCCAAA
CCCAAAGGTTT
La trasposasi induce tagli
sfalsati nel sito bersaglio
GGGTTTCCAA
C
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A
CCAAAGGTTT
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Formazione di sequenze ripetute dirette
nel sito bersaglio di un trasposone
inserzione del trasposone
GGGTTTCCAA
C
A
CCAAAGGTTT
riempimento delle interruzioni
G GGTTTCCAA
C CCAAAGGTT
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GGTTTCCAA A
CCAAAGGTT T
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Cambiamenti genetici prodotti dai trasposoni
Inattivazione del gene bersaglio
promotore
DNA
mRNA
proteina
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Cambiamenti genetici prodotti dai trasposoni
Inattivazione del gene bersaglio
promotore
DNA
mRNA
proteina assente o tronca
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Nel caso di trasposizione in un operone si osserva un effetto “polare”
P
gene 1
gene 2
gene 3
mRNA
policistronico
P
Anche i geni 2 e 3 non vengono espressi in quanto la trascrizione è bloccata
dall’ elemento trasponibile
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Cambiamenti genetici prodotti dai trasposoni
Attivazione di geni silenti
promotore
debole
DNA
gene non trascritto o scarsamente trascritto
promotore
forte
gene altamente trascritto
Elementi trasponibili hanno spesso promotori direzionati verso l’esterno
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L’odissea evolutiva del gene ampC di Klebsiella
I trasposoni svolgono un ruolo importante nel movimento dei geni per la
resistenza agli antibiotici e altri geni da un genoma a un plasmide e viceversa
Il gene ampC di K. pneumoniae codifica per una b-lattamasi
promotore
debole
ampC
Il ceppo iniziale di Klebsiella era poco resistente ai beta-lattamici poichè il
gene ampC era scarsamente trascritto
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L’odissea evolutiva del gene ampC di Klebsiella
Sotto la selezione degli antibiotici il gene ampC ha acquisito due sequenze
IS con il risultato di essere maggiormente trascritto conferendo un livello
di resistenza clinicamente significativo
promotore
forte
ampC
IS
IS
Il risultante trasposone è stato capace di muovere ampC in un plasmide
coniugativo, oggi diffuso a molti ceppi di Klebsiella
Quello che un tempo era un gene di resistenza clinicamente irrilevante è
diventato il terrore degli ospedali – tutto grazie alle IS
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