Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Βιολογίας & Ιατρική Σχολή Μ.Δ.Ε: «Εφαρμογές της Βιολογίας στην Ιατρική Μάθημα: Μοριακή Βιολογία - Αρχές.

Παρουσίαση με θέμα: "Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Βιολογίας & Ιατρική Σχολή Μ.Δ.Ε: «Εφαρμογές της Βιολογίας στην Ιατρική Μάθημα: Μοριακή Βιολογία - Αρχές."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Βιολογίας & Ιατρική Σχολή Μ.Δ.Ε: «Εφαρμογές της Βιολογίας στην Ιατρική Μάθημα: Μοριακή Βιολογία - Αρχές και Μεθοδολογία Υπεύθυνος καθηγητής: Κος Γ. Ροδάκης Επιμέλεια: Βασιλόπουλος Σπυρίδων Ακαδημαϊκό έτος 2008-2009

2 ΡΕΤΡΟΣΤΟΙΧΕΙΑ ΙΙΚΗ ΥΠΕΡΟΙΚΟΓΕΝΕΙΑ Ρετροϊοί (Retroviruses) Ενδογενείς ρετροϊοί (Endogenous retroviruses) Παραρετροϊοί (Pararetroviruses) LTR ρετρομεταθετά στοιχεία (LTR retrotransposons) ΜΗ ΙΙΚΗ ΥΠΕΡΟΙΚΟΓΕΝΕΙΑ Μη-LTR ρετρομεταθετά στοιχεία (non-LTR retrotransposons) ή Ρετροποζόνια (Retroposons) Ρετρόνια (Retrons) Ρετροπλασμίδια (Retroplasmids) Ρετροεσώνια (Retrointrons)

3 ΡΕΤΡΟΙΟΙ  Ορισμός: Μεγάλη ομάδα RNA ιών που «οφείλουν» το όνομά τους στην ικανότητα σύνθεσης δίκλωνου DNA με μήτρα το RNA γενετικό τους υλικό.  Σύνθεση DNA από το RNA: Αντίστροφη μεταγραφή (Reverse transcription)- Ένζυμο: Αντίστροφη μεταγραφάση (Reverse transcriptase - RT).  Ανήκουν στην ιική οικογένεια Retroviridae (7 γένη).  Χαρακτηριστικά παραδείγματα: HIV-1 & 2 (Human Immunodeficiency Virus 1 & 2), HTLV-1 (Human T-lymphotropic Virus 1), MLV (Murine Leukemia Virus), MMTLV (Mouse Mammary Tumor Virus).

4 ΔΟΜΗ ΙΟΣΩΜΑΤΙΟΥ (VIRION) ΤΩΝ ΡΕΤΡΟΙΩΝ Ιοσωμάτιο: Ολοκληρωμένο μολυσματικό σωματίδιο ενός ιού.  Ιοσωμάτιο: Ολοκληρωμένο μολυσματικό σωματίδιο ενός ιού.  Ιοσωμάτια ρετροϊών: Διάμετρος 80-100 nm. Φάκελος (envelope): λιπίδια & γλυκοπρωτεΐνες RNA γενετικό υλικό Καψίδιο Ένζυμα: αντίστροφη μεταγραφάση, ιντεγκράση (integrase), πρωτεάση (protease) Ένζυμα: αντίστροφη μεταγραφάση, ιντεγκράση (integrase), πρωτεάση (protease)

5 ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΟΣ ΤΩΝ ΡΕΤΡΟΙΩΝ  Δύο μονόκλωνα μόρια RNA 7-12 Kb.  Ένα αφόρτιστο κυτταρικό tRNA συνδεδεμένο με κάθε ένα μόριο RNA.  5΄ cap, 3΄ Poly(A)  Τμήματα R (repeat): ομόρροπες επαναλήψεις μήκους 16 -79 νουκλεοτιδίων  U5, U3: Unique 5, Unique 3 αλληλουχίες  PBS: primer binding site – περιοχή συμπληρωματική με το tRNA  Leader: σήμα για το πακετάρισμα του RNA  gag, pol, env: κωδικές αλληλουχίες  PPT (polypurine tract): μικρή αλληλουχία πουρινών ΔΟΜΗ ΤΟΥ RNA ΤΩΝ ΡΕΤΡΟΙΩΝ

6  Το τυπικό ρετροϊικό γονιδίωμα περιλαμβάνει 3 γονίδια. Πηγή: Genes VIII

7 2. Είσοδος, σχημ. RTC 5. Σύνθεση ιοσωματίων 6. Εκβλάστηση (Budding) 1. Πρόσδεση 7. Ωρίμανση RΤRΤRΤRΤ Ιντεγκράση Πρωτεάση Ο ΚΥΚΛΟΣ ΖΩΗΣ ΤΩΝ ΡΕΤΡΟΙΩΝ 3. Αντίστροφη μεταγραφή 4. Ενσωμάτωση

8 Ο ΚΥΚΛΟΣ ΖΩΗΣ ΤΩΝ ΡΕΤΡΟΙΩΝ

9  2 ενζυμικές ενεργότητες της RT: DNA πολυμεράση και RNase H.  tRNA συνδεδεμένο στην αλληλουχία PBS: εκκινητής για τη σύνθεση της πρώτης ( - ) αλυσίδας DNA.  PPT: εκκινητής για τη σύνθεση της δεύτερης ( + ) αλυσίδας DNA.  LTR: περιέχουν αλληλουχίες υποκινητή και ενισχυτή.

10 Πηγή: Genes VIII

11 Πηγή: Retroviruses

12 ΡΕΤΡΟΜΕΤΑΘΕΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ  Ορισμός: Ομάδα μεταθετών στοιχείων («κινητές» DNA αλληλουχίες) που στο μηχανισμό μετάθεσής τους περιλαμβάνεται η σύνθεση ενός ενδιάμεσου μορίου RNA, από το οποίο συντίθεται εκ νέου δίκλωνο DNA με αντίστροφη μεταγραφή. Αυτό το DNA ενσωματώνεται σε νέες θέσεις στο γονιδίωμα.  Ένθεση → διπλασιασμός της θέσης στόχου στο γονιδίωμα.  Δύο κύριες ομάδες: LTR ρετρομεταθετά στοιχεία Μη-LTR ρετρομεταθετά στοιχεία.  LTR ρετρομεταθετά στοιχεία: Έχουν LTR στα άκρα τους. Έχουν LTR στα άκρα τους. κωδικοποιούν ενεργότητες αντίστροφης μεταγραφάσης και ιντεγκράσης. κωδικοποιούν ενεργότητες αντίστροφης μεταγραφάσης και ιντεγκράσης. δεν μπορούν να σχηματίσουν μολυσματικά ιοσωμάτια. δεν μπορούν να σχηματίσουν μολυσματικά ιοσωμάτια. θεωρούνται πρόγονοι των ρετροϊών. θεωρούνται πρόγονοι των ρετροϊών. Ty (Transposon yeast), Copia της D.melanogaster. Ty (Transposon yeast), Copia της D.melanogaster.  Μη-LTR ρετρομεταθετά στοιχεία: LINES και SINES.

13  Ανήκουν στο ενδιάμεσα επαναλαμβανόμενο DNA.  868.000 στοιχεία LINES - 21% του ανθρώπινου γονιδίωματος.  Οικογένειες LINE1, LINE2, LINE3.  Οικογένεια LINE1 (L1): περίπου τα 50 στοιχεία ενεργά. LINES (LONG INTERSPERSED ELEMENTS)

14 Πηγή: Molecular Biology of the cell, 4 th edition

15 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΜΕΝΑ ΨΕΥΔΟΓΟΝΙΔΙΑ (PROCESSED PSEUDOGENES) Πηγή: Genes VIII

16  Ανήκουν στο ενδιάμεσα επαναλαμβανόμενο DNA.  Μικρότερο μήκος (100 – 400 kb) από τα LINES, μεταγράφονται από την RNA πολυμεράση III, μη αυτόνομα (δεν κωδικοποιούν πρωτεΐνες για τη μετάθεση τους – χρησιμοποιούν αυτές των ενεργών LINE1). SINES (SHORT INTERSPERSED ELEMENTS) ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ALU (ALU ELEMENTS)  Ανθρώπινο γονιδίωμα: 1,1 εκατ. Alu – 11% της συνολικής αλληλουχίας.  Ομολογία με το 7SL RNA (συστατικό του SRP).

17 ΡΕΤΡΟΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΤΟ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑ – ΜΕΡΙΚΑ ΣΧΟΛΙΑ…  Ρετρομεταθετά στοιχεία + ενδογενείς ρετροϊοί = 42% του ανθρώπινου γονιδιώματος.  Τα περισσότερα είναι ανενεργά. Ύπαρξη μηχανισμών «αποσιώπησης» τους (RNAi, μεθυλίωση) ???  Είναι δυνατόν να προκαλέσουν μεταλλαγές και ασθένειες:  Ένθεση στοιχείων L1 και Alu σε γονίδια → μεταλλαγές / ασθένειες (π.χ Hemophilia Α από ένθεση L1 στο γονίδιο του παράγοντα VIII).  Άνισος επιχιασμός – Κυρίως μεταξύ στοιχείων Alu.  Ενεργοποίηση HERVs ή επίδραση των LTR στην έκφραση παρακείμενων γονιδίων.  Τα γεγονότα άνισου επιχιασμού μπορεί να είναι και εξελικτικά ωφέλιμα.  Alu: Παροχή θέσεων ματίσματος, συμμετοχή στη ρύθμιση της μετάφρασης.  Σημαντικοί παράγοντες στην εξέλιξη και τη σύγχρονη λειτουργία του ανθρώπινου γονιδιώματος.

18 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. (2002). Molecular Biology of the cell. Fourth edition, Garland science. Coffin JM., Hughes SH., Varmus HE (1997). Retroviruses. Cold Spring Harbor Laboratory Press. Lewin B. (2004). Genes VIII. Ακαδημαϊκές εκδόσεις Ι. Μπάσδρα. Ροδάκης, Λεκανίδου, Τσιτήλου (2006). Ειδικά Κεφάλαια Μοριακής Βιολογίας. ΕΚΠΑ – Τμήμα Βιολογίας. Bannert N., Kurth R. (2004). Retroelements and the human genome: New perspectives on an old relation. PNAS 101:14572-14579. Deininger PL., Batzer MA. (1999): Alu Repeats and Human Disease. Molecular Genetics and Metabolism 67:183-193. Hasler J., Strub K. (2006). Alu elements as regulators of gene expression. Nucleic Acids Res. 34(19): 5491-5497. Nelson PN., Hooley P., Roden D. et al. (2004). Human endogenous retroviruses: transposable elements with potential? Clin Exp Immunol 138:1-9. Nisole S., Saib A. (2004). Early steps of retrovirus replicative cycle. Retrovirology 1:9.