องค์ประกอบเคลื่อนที่และองค์ประกอบเคลื่อนย้ายได้

องค์ประกอบเคลื่อนที่ หรือองค์ประกอบเคลื่อนย้ายได้ คือลำดับดีเอ็นเอที่สามารถเคลื่อนย้ายหรือคัดลอกตัวเองไปยังตำแหน่งใหม่ในจีโนมได้ องค์ประกอบเหล่านี้เป็นส่วนใหญ่ของดีเอ็นเอของมนุษย์ และกิจกรรมที่ดำเนินอยู่อย่างต่อเนื่อง—ส่วนใหญ่ผ่านการย้ายตำแหน่งย้อนกลับขององค์ประกอบต่างๆ เช่น Alu, LINE-1 และ SVA—เป็นแหล่งที่มาของการแปรผันโครงสร้างแบบแทรกที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องระหว่างบุคคล

Definition

องค์ประกอบเคลื่อนย้ายได้คือลำดับดีเอ็นเอที่สามารถเปลี่ยนตำแหน่งภายในจีโนมได้ โดยแบ่งออกเป็นดีเอ็นเอทรานส์โพซอน ซึ่งเคลื่อนที่โดยตรงในรูปของดีเอ็นเอ และเรโทรทรานส์โพซอน ซึ่งเคลื่อนย้ายผ่านการถอดรหัสย้อนกลับของตัวกลางอาร์เอ็นเอ และดังนั้นจึงเพิ่มจำนวนสำเนาเมื่อแพร่กระจาย

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมประเภทหลักขององค์ประกอบเคลื่อนที่ ความแตกต่างระหว่างดีเอ็นเอทรานส์โพซอนที่เคลื่อนที่ด้วยกลไกการตัดและวาง และเรโทรทรานส์โพซอนที่เคลื่อนที่ผ่านตัวกลางอาร์เอ็นเอ และการแทรกใหม่มีส่วนช่วยในการแปรผันโครงสร้างและวิวัฒนาการของจีโนมอย่างไร นี่คือการอ้างอิงทางวิชาการเกี่ยวกับชีววิทยาขององค์ประกอบเคลื่อนที่และไม่ใช่แนวทางปฏิบัติทางคลินิก

Core questions

• องค์ประกอบเคลื่อนย้ายได้หลักในจีโนมมนุษย์มีอะไรบ้าง?
• ดีเอ็นเอทรานส์โพซอนแตกต่างจากเรโทรทรานส์โพซอนในเชิงกลไกอย่างไร?
• การแทรกองค์ประกอบเคลื่อนที่ใหม่สร้างความแปรผันโครงสร้างระหว่างบุคคลได้อย่างไร?
• ผลกระทบทางวิวัฒนาการและจีโนมของกิจกรรมเรโทรทรานส์โพซอนคืออะไร?

Key concepts

• ดีเอ็นเอทรานส์โพซอน (ตัดและวาง)
• เรโทรทรานส์โพซอน (คัดลอกและวางผ่านอาร์เอ็นเอ)
• LINE-1 (L1) และการถอดรหัสย้อนกลับที่เริ่มต้นด้วยเป้าหมาย
• องค์ประกอบ Alu และ SVA ที่ไม่เป็นอิสระ
• เรโทรไวรัสภายในร่างกาย (ERV)
• การแทรกองค์ประกอบเคลื่อนที่แบบพหุสัณฐาน
• การแปรผันโครงสร้างแบบแทรก

Mechanisms

องค์ประกอบเคลื่อนที่แพร่กระจายด้วยสองเส้นทางที่แตกต่างกัน ดีเอ็นเอทรานส์โพซอนจะถูกตัดออกจากตำแหน่งหนึ่งและแทรกกลับเข้าไปใหม่ที่อื่นผ่านปฏิกิริยาการตัดและวางที่เร่งปฏิกิริยาโดยทรานส์โพเซส ทำให้จำนวนสำเนาโดยประมาณไม่เปลี่ยนแปลง ในทางกลับกัน เรโทรทรานส์โพซอนจะคัดลอกตัวเอง: องค์ประกอบจะถูกถอดรหัสเป็นอาร์เอ็นเอ ถอดรหัสย้อนกลับ และสำเนาดีเอ็นเอใหม่จะถูกรวมเข้ากับตำแหน่งใหม่ ดังนั้นแต่ละรอบสามารถเพิ่มสำเนาได้ ในมนุษย์ องค์ประกอบ LINE-1 ที่เป็นอิสระจะจัดหากลไกสำหรับการถอดรหัสย้อนกลับที่เริ่มต้นด้วยเป้าหมาย ซึ่งยังช่วยเคลื่อนย้ายองค์ประกอบ Alu และ SVA ที่ไม่เป็นอิสระ; เรโทรไวรัสภายในร่างกาย (endogenous retroviruses) แสดงถึงกลุ่มที่เกี่ยวข้องซึ่งส่วนใหญ่คงที่ การแทรกใหม่จะเพิ่มหรือขัดจังหวะลำดับและถูกตรวจพบว่าเป็นรูปแบบหนึ่งของการแปรผันโครงสร้าง

Clinical relevance

การแทรกขององค์ประกอบเคลื่อนที่เป็นกลไกหนึ่งที่ทำให้เกิดการแปรผันโครงสร้างใหม่ และการรับรู้เหตุการณ์การแทรกมีความเกี่ยวข้องเมื่อตีความข้อมูลจีโนมในสาขาวิทยาศาสตร์สุขภาพ บทความนี้อธิบายชีววิทยาขององค์ประกอบเคลื่อนย้ายได้และกิจกรรมการแทรกของพวกมันเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Epidemiology

องค์ประกอบเคลื่อนย้ายได้คิดเป็นประมาณครึ่งหนึ่งของจีโนมมนุษย์ตามลำดับ โดยส่วนใหญ่มาจากส่วนซ้ำที่ได้มาจากเรโทรทรานส์โพซอน องค์ประกอบ Alu เพียงอย่างเดียวมีจำนวนหลายแสนสำเนาและยังคงเป็นหนึ่งในแหล่งที่มาที่ใช้งานมากที่สุดของการแทรกแบบพหุสัณฐานใหม่ ในขณะที่ LINE-1 จัดหากิจกรรมของเอนไซม์ที่ขับเคลื่อนการย้ายตำแหน่งย้อนกลับอย่างต่อเนื่อง การสำรวจประชากรได้จัดทำรายการการแทรกแบบพหุสัณฐานที่แตกต่างกันไปในแต่ละบุคคลและเชื้อสาย

History

องค์ประกอบเคลื่อนย้ายได้ถูกค้นพบครั้งแรกโดย Barbara McClintock ในข้าวโพด หลายทศวรรษก่อนที่จะมีการรับรู้ถึงความแพร่หลายของพวกมันในจีโนมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม การจัดลำดับจีโนมมนุษย์แสดงให้เห็นว่าลำดับที่ได้มาจากองค์ประกอบเคลื่อนที่ครอบงำภูมิทัศน์ของส่วนซ้ำ และงานวิจัยโดย Kazazian, Batzer, Deininger และคนอื่นๆ ได้ยืนยันว่าองค์ประกอบ LINE-1, Alu และ SVA ยังคงทำงานอยู่ สร้างการแทรกใหม่และมีส่วนช่วยทั้งในการแปรผันปกติ และบางครั้งก็เป็นโรค

Debates

อัตราการแทรกองค์ประกอบเคลื่อนที่ใหม่ที่กำลังดำเนินอยู่มีขนาดเท่าใด?

การประมาณการความถี่ของการแทรก Alu, LINE-1 และ SVA ใหม่ต่อรุ่นแตกต่างกันไปตามวิธีการตรวจจับ และการหาปริมาณอัตราที่แท้จริงของการย้ายตำแหน่งย้อนกลับที่ทำงานอยู่ในประชากรที่ยังมีชีวิตอยู่ยังคงเป็นพื้นที่ที่ต้องปรับปรุง

Key figures

• Barbara McClintock
• Haig H. Kazazian
• Mark A. Batzer
• Prescott L. Deininger
• Richard Cordaux

Seminal works

• batzer-2002
• cordaux-2009
• hancks-2016

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างดีเอ็นเอทรานส์โพซอนและเรโทรทรานส์โพซอนคืออะไร?

ดีเอ็นเอทรานส์โพซอนเคลื่อนที่โดยตรงในรูปของดีเอ็นเอด้วยกลไกการตัดและวาง ในขณะที่เรโทรทรานส์โพซอนคัดลอกตัวเองผ่านตัวกลางอาร์เอ็นเอที่ถูกถอดรหัสย้อนกลับและแทรกกลับเข้าไปใหม่ ดังนั้นเรโทรทรานส์โพซอนจึงมีแนวโน้มที่จะเพิ่มจำนวนสำเนาเมื่อแพร่กระจาย

องค์ประกอบเคลื่อนที่ยังคงทำงานอยู่ในจีโนมมนุษย์หรือไม่?

ใช่ แม้ว่าสำเนาขององค์ประกอบเคลื่อนย้ายได้ส่วนใหญ่จะคงที่และไม่ทำงาน แต่ส่วนย่อยขององค์ประกอบ LINE-1, Alu และ SVA ยังคงสามารถย้ายตำแหน่งย้อนกลับได้และยังคงสร้างการแทรกใหม่ที่แตกต่างกันไปในแต่ละบุคคล