Transpozonlar (ingl. transposable element, transposon) — organizmlar DNKsining genom ichida ko‘chish (transpozitsiya) va ko‘payish qobiliyatiga ega qismlari. Ular genom bo‘ylab harakatlanadi. Transpozonlar «sakrovchi genlar» deb ham ataladi; ular mobil genetik elementlarga misol bo‘ladi.

Transpozonlar rasman genomning kodlamaydigan qismiga mansub. Bu qismdagi DNK asos juftliklari ketma-ketligi oqsillarning aminokislotalar ketma-ketligi haqida axborot tashimaydi. Biroq mobil elementlarning ayrim sinflari o‘z ketma-ketligida fermentlar haqidagi axborotni saqlaydi, transkripsiyalanadi va ko‘chish jarayonini katalizlaydi; masalan, DNK-transpozonlar va DDP-1 quyidagi oqsillarni kodlaydi: transpozaza, BORS1 va BORS2. Turli turlarda transpozonlar turlicha tarqalgan: masalan, odamda transpozonlar DNK ketma-ketligining 45% gacha qismini, meva pashshasi Drosophila melanogaster turida esa mobil elementlar butun genomning atigi 15—20% ini tashkil etadi. O‘simliklarda transpozonlar genomning asosiy qismini egallashi mumkin. Masalan, makkajo‘xori (Zea mays) genomining hajmi 2,3 milliard asos juftligiga teng bo‘lib, uning kamida 85% ini turli mobil elementlar tashkil etadi.

Barbara Makklintok makkajo‘xori donlari va barglari rangidagi o‘zgarishlarni o‘rganib, 1948-yilda sitologik va genetik tadqiqotlar asosida DNKning ko‘chuvchi qismlari — Ac/Ds elementlari o‘simliklarda somatik mozaiklikni yuzaga keltiradi, degan xulosaga keldi. U eukariotlar genomi o‘zgarmas emasligini, unda ko‘cha oladigan qismlar mavjudligini birinchi bo‘lib isbotladi. 1983-yilda Barbara Makklintok ushbu ishi uchun Nobel mukofotiga sazovor bo‘ldi.

Transpozonlar 1940-yillarda kashf etilgan bo‘lsa-da, ularning genomdagi ulushi qanchalik katta ekanligi faqat yarim asrdan so‘ng ayon bo‘ldi. Jumladan, odam genomining dastlabki nukleotid ketma-ketligini aniqlash (sekvenirlash) DNK ketma-ketligining kamida 50% ini mobil elementlar tashkil qilishini ko‘rsatdi. Aniq ulushini baholash qiyin, chunki ayrim transpozon qismlari vaqt o‘tishi bilan shu qadar o‘zgarganki, ularni ishonchli aniqlab bo‘lmaydi.

Transpozonlar zararli mutatsiyalar va xromatin tuzilishidagi buzilishlarga sabab bo‘lishi mumkinligi tufayli, ular kashf etilgan dastlabki davrdan mobil elementlar faoliyati genom parazitizmidan iborat deb hisoblangan. Ammo XXI asr boshidan transpozonlarning organizm uchun foydali ta’sirlari hamda retrotranspozonlarning yo‘ldoshli sutemizuvchilar genomi evolyutsiyasiga ko‘rsatgan ta’siri haqidagi dalillar tobora ko‘paymoqda. Organizmlar transpozonlardan foydalanadigan holatlar ham aniqlangan. Masalan, RNK (retrotranspozon DDP-1ga tegishli) geteroxromatinning X-xromosoma inaktivatsiyasi paytida hosil bo‘lishida ishtirok etadi. Meva pashshasida telomeraza bo‘lmaydi; uning o‘rniga teskari transkriptaza retrotranspozonlar hisobiga telomer qismlarini uzaytirish uchun ishlatiladi. Drosophila melanogaster turida bu qismlar transpozon takrorlaridan iborat.

Mobil genetik elementlar genomning takrorlanuvchi elementlari sirasiga kiradi, ya’ni ular hujayra DNKsi ketma-ketligida bir necha nusxada uchraydi. Genomning takrorlanuvchi elementlari tandem (mikrosatellitlar, telomerlar va hokazo) holida joylashishi yoki genom bo‘ylab tarqoq bo‘lishi mumkin (mobil elementlar, psevdogenlar va hokazo).

Mobil genetik elementlarni transpozitsiya turiga ko‘ra ikki sinfga ajratish mumkin: DNK-transpozonlar «kesib olish va joylashtirish» usulidan foydalanadi, retrotranspozonlar esa ko‘chish jarayonida avval RNKni DNKdan sintezlaydi, so‘ng RNK molekulasidan DNKni qayta sintezlaydi, ya’ni «nusxalash va joylashtirish» usulini qo‘llaydi.

Transpozonlarni mustaqil harakatlana olishiga ko‘ra ham ajratish mumkin. DNK-transpozonlar ham, retrotranspozonlar ham avtonom va noavtonom elementlarga ega. Noavtonom elementlarning transpozitsiyasi uchun avtonom elementlar kodlaydigan fermentlar zarur. Bunday elementlar ko‘pincha transpozonlarning ancha o‘zgargan qismlarini va qo‘shimcha ketma-ketliklarni o‘z ichiga oladi. Genomdagi noavtonom transpozonlar soni avtonom transpozonlar sonidan ancha ko‘p bo‘lishi mumkin.

DNK-transpozonlar

Asosiy maqola: DNK-transpozonlar

DNK-transpozonlar genom bo‘ylab «kesib olish va joylashtirish» usulida transpozaza deb ataladigan fermentlar majmuasi yordamida ko‘chadi. Transpozaza oqsilining aminokislotalar ketma-ketligi haqidagi ma’lumot transpozon ketma-ketligida kodlangan. Bundan tashqari, DNKning ushbu qismida transpozon bilan bog‘liq boshqa ketma-ketliklar, masalan, genlar yoki ularning qismlari bo‘lishi mumkin. DNK-transpozonlarning aksariyati to‘liq bo‘lmagan ketma-ketlikka ega. Bunday transpozonlar noavtonom bo‘lib, genomda boshqa, to‘liq DNK-transpozon kodlaydigan transpozaza yordamida ko‘chadi.

DNK-transpozon qismlarining uchlarida teskari takrorlar joylashgan. Ular transpozaza tanib oladigan maxsus qismlar bo‘lib, genomning ushbu bo‘lagini boshqalaridan ajratib turadi. Transpozaza DNKning ikki zanjirini kesishi, transpozonni ajratib olishi va uni nishon DNKga joylashtirishi mumkin.

DNK-transpozonlarga makkajo‘xorida Barbara Makklintok birinchi bo‘lib aniqlagan Ac/Ds o‘simlik elementlari kiradi. Ac elementi (ingl. Activator) avtonom bo‘lib, transpozazani kodlaydi. Ds elementlarining bir necha turi mavjud. Ular xromosomalarning uzilishiga sabab bo‘lishi va genom bo‘ylab Ac elementlari yordamida ko‘chishi mumkin.

Gelitronlar (ingl. Helitron) — o‘simliklar, hayvonlar va zamburug‘larda uchraydigan transpozonlar turi. Ular makkajo‘xori genomida ayniqsa keng tarqalgan bo‘lib, boshqa organizmlardagidan farqli ravishda genlarga boy DNK qismlarida joylashadi. Gelitronlar «aylanuvchi halqa» mexanizmi (ingl. rolling circle) orqali transpozitsiyalanadi. Jarayon DNK-transpozonning bitta zanjiri uzilishidan boshlanadi. Ajralgan DNK qismi nishon ketma-ketlikka kirib boradi va bu yerda geterodupleks hosil bo‘ladi. DNK replikatsiyasi yordamida transpozonning yangi qismga qo‘shilishi yakunlanadi.

Gelitronlar transpozitsiya vaqtida qo‘shni ketma-ketliklarni ham o‘ziga qo‘shib olishi mumkin.

Retrotranspozonlar

Asosiy maqola: Retrotranspozonlar

Retrotranspozonlar — hayvonlar genomida «nusxalash va joylashtirish» usuli bilan tarqaladigan mobil genetik elementlardir. Odam genomining kamida 45% ini retrotranspozonlar va ularning hosilalari tashkil qiladi. Ko‘chish jarayonida oraliq bosqich sifatida RNK molekulasi ishtirok etadi. U retrotranspozon qismidan sintezlanadi va keyinchalik teskari transkripsiya orqali DNK ketma-ketligini hosil qilish uchun qolip bo‘lib xizmat qiladi. Yangi sintezlangan retrotranspozon genomning boshqa qismiga joylashadi.

Sutemizuvchilarning faol retrotranspozonlari uchta asosiy oilaga bo‘linadi: Alu-takrorlar, DDP-1 va SVA.

• DDP-1 retrotranspozonlari — uzun dispers takrorlar bo‘lib, sutemizuvchilarda keng tarqalgan va genomning 20% gacha qismini tashkil etadigan retrotranspozonlar turidir. DDP-1 elementlarining uzunligi taxminan 6 ming asos juftligiga teng. Genomdagi bunday retrotranspozonlarning aksariyati to‘liq emas. Biroq odam DNK ketma-ketligida taxminan 150 ta to‘liq va potensial harakatchan DDP-1 elementi, sichqonda esa taxminan 3000 tasi mavjud.
  Ko‘chish jarayoni DDP-1 elementidan RNK molekulasining sintezlanishi bilan boshlanadi. RNK sitoplazmaga o‘tadi va u yerda undan BORS1 (RNK bilan bog‘lanadigan oqsil) va BORS2 (endonukleaza va teskari transkriptaza faolligiga ega oqsil) sintezlanadi. BORS1, BORS2 va transpozon RNKsi ribonukleoprotein majmuasini hosil qilib, yadroga kiradi; bu yerda retrotranspozonning teskari transkripsiyasi sodir bo‘ladi.
  DDP-1 elementlarining aksariyat joylashishlari to‘liq yakunlanmaydi, shu bois bunday nusxalar keyinchalik mustaqil ko‘cha olmaydi.
  DDP-1 elementlarining X-xromosomaning inaktivatsiyasi davrida noodatiy vazifalarni bajarishi haqida ma’lumotlar mavjud.
• DKP — uzun uchki takrorlar — transpozon RNKsining transkripsiyasi va teskari transkripsiyasida muhim rol o‘ynaydigan uchki takrorlanuvchi ketma-ketliklarga ega retrotranspozonlardir. DKP elementlari pol va gag oqsillarini kodlaydi. Ular retrovirus oqsillariga o‘xshash, biroq retroviruslardan farqli ravishda, DKP elementlarida tashqi qobiq (superkapsid) hosil qilib, hujayradan chiqish imkonini beradigan oqsillar bo‘lmaydi.
• KDP — qisqa dispers takrorlar — noavtonom retrotranspozonlardir. Ularning ko‘chishi uchun DDP-1 elementlarining faolligi zarur. KDPning DNK ketma-ketligida faqat RNK-polimeraza bog‘lanadigan qism mavjud. KDP tarkibiga Alu-retrotranspozonlar ham kiradi.

• Alu-takror (Alu — Arthrobacter luteus) — odam genomida keng tarqalgan mobil elementlardir. Alu elementlarining uzunligi taxminan 300 asos juftligiga teng. Ular ko‘pincha intronlar, oqsilga tarjima qilinmaydigan genom qismlari va genlar orasidagi hududlarda uchraydi. Alu- nomi bu retrotranspozonlarning ferment AluI tanib oladigan ketma-ketlikka ega ekanidan kelib chiqqan. Ketma-ketlik tahliliga ko‘ra, Alu-elementlari primatlarda taxminan 65 million yil oldin ribosomal majmuaga kiradigan 7SL RNK genidan kelib chiqqan. Alu-retrotranspozonlar o‘zining teskari transkriptazasiga ega emas, shuning uchun ko‘chishda DDP-1 elementlari fermentlariga muhtoj.
  Alu elementlarida 90% gacha A-I RNK tahrirlanishi holatlari sodir bo‘ladi.
• SVA — DNKning 2-3 ming asos juftligidan iborat, bir nechta qismni o‘z ichiga oladigan mobil elementlardir: qisqa dispers elementlar (KDP), soni o‘zgaruvchan tandem takrorlar (O‘STT), Alu-ketma-ketlik va odatda CCCTCT ko‘rinishida uchraydigan geksamer (Hex) nomli CT-takror. Tarkibidagi takrorlar soni turlicha bo‘lgani sababli SVA elementlarining uzunligi ham juda farqlanadi. Ular avtonom emas va ko‘chish uchun DDP1 retrotranspozonlarida kodlangan oqsillarga muhtoj, ammo odam genomida faol. SVA elementlari kuchli DNK metillanishiga uchraydi. Bu holat odam to‘qimalarining aksariyatida kuzatiladi. Qiziqarli tomoni, odamning erkak jinsiy hujayralarida SVA-retrotranspozonlari DNKsining metillanish darajasi past, shimpanze spermatozoidlaridagi SVA-ketma-ketliklar esa kuchli metillangan.

Genomning mobil elementlari o‘simliklar va hayvonlar genomida keng tarqalgan. Ularning yuqori faolligi genom barqarorligiga xavf tug‘diradi, shuning uchun ularning ekspressiyasi, ayniqsa, to‘qimalar orasida gametalar hosil bo‘lishi va irsiy axborotni avlodlarga uzatishda ishtirok etadiganlarida qat’iy nazorat qilinadi. O‘simliklar va hayvonlarda mobil genom elementlarining faolligi DNK ketma-ketligining de novo-metillanishi hamda nokodlovchi RNKlar va Argonavt oqsil majmualari faolligi orqali boshqariladi.

PIWI majmuasi bilan o‘zaro ta’sirlashuvchi kichik nokodlovchi RNKlar — piRNKlarning asosiy vazifasi jinsiy hujayralar rivojlanadigan to‘qimalarda genomning mobil elementlarini bostirishdir. piRNKlarning bu vazifasi hayvonlar evolyutsiyasida yaxshi saqlangan.

Masalan, sichqonlarda genomning mobil elementlari ontogenez davomida asosan nofaol holatda bo‘ladi. Bunga epigenetik o‘zaro ta’sirlar va nokodlovchi RNKlar faolligi orqali erishiladi. Embrional rivojlanish davrida DNK metillanishining epigenetik belgilari qayta dasturlanadi: ota-onadan kelgan belgilar o‘chiriladi va yangilari o‘rnatiladi. Shu davrda Argonavt oqsillarining bir qismi — PIWI oqsillari (Mili va Miwi2) — hamda ular bilan o‘zaro ta’sirlashuvchi nokodlovchi RNKlar — piRNKlar — de novo DNK metillanishi, piRNKning «ping-pong» siklida ko‘payishi va nishonni bostirish orqali sichqon retrotranspozonlarini susaytirishda asosiy rol o‘ynaydi. Agar sichqonlarda Mili va Miwi2 oqsillari yetishmasa, DDP-1 va DKP elementlari faollashadi, gametogenez to‘xtaydi va erkaklarda bepushtlik yuzaga keladi. Yaqinda o‘tkazilgan tadqiqotlar Drosophila melanogaster pashshasida bostirishning faol kofaktori SFG-1.

Transpozonlarni piRNK yordamida bostirish mexanizmi hali to‘liq o‘rganilmagan, lekin uni sxematik tarzda quyidagicha ifodalash mumkin:

• bir zanjirli RNK molekulalari — piRNK prekursorlarining dastlabki to‘planishi;
• piRNKlarning yetilishi va ularning amplifikatsiyasi PIWI oqsillari yordamida («ping-pong» sikli);
• nishon transpozonning bir necha usul bilan bostirilishi: RNKni parchalash (Argonavt oqsillaridagi H-simon domenning RNKaza faolligi orqali), translyatsiyani bostirish va xromatinni o‘zgartiruvchi tizimlarni (masalan, SWI/SNF oqsillarini) jalb etish hamda transpozonni keyinchalik epigenetik bostirish.

Mazkur jihatdan viruslardan farqli ravishda, mobil genetik elementlar faqat xo‘jayin organizmida mavjud bo‘ladi; viruslar esa xo‘jayindan ko‘payish uchun foydalanib, uni tark etishi mumkin. Shu sababli transpozonlar ma’lum darajada o‘z faolligini boshqara oladi. Bunga Ac-DNK-transpozonlar — o‘z transpozazasini kodlaydigan o‘simliklarning avtonom mobil elementlari — misol bo‘ladi. Ac elementlari o‘z nusxalari soni ko‘payganda transpozaza faolligini pasaytirishi mumkin.

O‘simliklardagi avtonom MuDR DNK-transpozonlari Muk yordamida ham bostirilishi mumkin. Muk MuDRning bir varianti bo‘lib, uning ketma-ketligida bir nechta palindrom DNK qismlari mavjud. Muk transkripsiyalanganda hosil bo‘lgan RNK sochto‘g‘nag‘ichsimon tuzilma hosil qiladi va so‘ng fermentlar majmuasi tomonidan kichik interferensiyalovchi RNKlar (miRNK)ga bo‘linadi. Ular MuDR faolligini RNK interferensiyasi orqali bostiradi.

2012-yil holatiga ko‘ra, odamlarda mobil genetik elementlar tufayli kelib chiqqan 96 xil kasallik qayd etilgan. Ularning sababi de novo tarzda mobil genetik elementlarning genomga qo‘shilishidir. Alu-takrorlar ko‘pincha xromosoma aberratsiyalariga sabab bo‘lib, 50 xil kasallikning kelib chiqishida ishtirok etadi. Masalan, I tur neyrofibromatoz uchun 18 ta retrotranspozon joylashuvi aniqlangan; ularning 6 tasi 3 ta muayyan joyda yuz bergan. DDP-1 mobil elementlarining somatik to‘qimalardagi faolligi o‘pka saratoni bilan og‘rigan bemorlarda qayd etilgan.

Kasallik chaqiruvchi transpozitsiya gametalarda sodir bo‘lsa, keyingi avlodlar ham kasallikni meros qilib oladi. Masalan, gemofiliya DDP-1 retrotranspozonining qon ivishining VIII omili genini kodlaydigan DNK qismiga joylashishi natijasida kelib chiqishi mumkin. Sichqonlarda mobil genom elementlarining qo‘shilishi onkogenezga, rivojlanishning to‘xtashiga va bepushtlikka olib kelgan holatlar qayd etilgan.

Organizmlar evolyutsiyasining ayrim bosqichlariga genomning mobil elementlari faolligi sabab bo‘lgan. Odam genomining dastlabki nukleotid ketma-ketligi aniqlanishidayoq ko‘plab genlar transpozonlardan kelib chiqqani ma’lum bo‘ldi. Mobil genom elementlari genetik ketma-ketliklarning rekombinatsiyasi orqali genom tuzilishiga ta’sir qilishi va xromatinning sentromeralar va telomerlar kabi asosiy strukturaviy qismlari tarkibiga kirishi mumkin. Mobil elementlar qo‘shni genlarga ta’sir etib, ayrim andazalarni (patternlarni) splaysing va poliadenillanishda o‘zgartirishi yoki enxanserlar yoxud promotorlar vazifasini bajarishi mumkin. Transpozonlar genlarni o‘chirib qo‘yish, ularning vazifalarini o‘zgartirish, tuzilishini qayta tashkil qilish, gen qismlarini ko‘chirish va qayta joylashtirish, shuningdek, genlarning epigenetik boshqaruvini o‘zgartirish orqali genlar tuzilishi va funksiyasiga ta’sir ko‘rsatadi.

Transpozonlarning ko‘payishi ayrim kasalliklarga sabab bo‘lishi mumkin. Shunga qaramay, evolyutsiya davomida transpozonlar yo‘qolib ketmagan va deyarli barcha organizmlarning DNK ketma-ketligida saqlanib qolgan. Ular DNK bo‘ylab ko‘cha oladigan to‘liq nusxalar yoki ko‘chish qobiliyatini yo‘qotgan qisqargan nusxalar shaklida mavjud. Qisqargan nusxalar ham genlarning transkripsiyadan keyingi boshqarilishi, rekombinatsiya va boshqa jarayonlarda qatnashishi mumkin. Transpozonlarning evolyutsiya tezligiga potensial ta’sirida ularning boshqarilishi epigenetik omillarga bog‘liqligi ham muhim. Shu tufayli transpozonlar atrof-muhit o‘zgarishlariga javoban faollashib, genetik beqarorlikni yuzaga keltirishi mumkin. Stress ta’sirida ular bevosita yoki Argonavt oqsillari va piRNKlar tomonidan bostirilishning susayishi natijasida faollashadi. O‘simliklarda mobil genetik elementlar turli stresslarga juda sezgir bo‘lib, ularning faolligiga ko‘plab abiotik va biotik omillar, jumladan, sho‘rlanish, shikastlanish, sovuq, issiq, bakterial va virusli infeksiyalar ta’sir qilishi mumkin.

Organizmlar genomi evolyutsiyasining yana bir ehtimoliy mexanizmi — genlarning gorizontal ko‘chishi. Bu ajdod-avlod munosabatida bo‘lmagan organizmlar o‘rtasida genlarning uzatilish jarayonidir. Parazit organizmlar va xo‘jayin hayvonlarning o‘zaro ta’siri transpozonlar yordamida genlarning umurtqali va umurtqasiz organizmlar o‘rtasida gorizontal ko‘chishiga sabab bo‘lishi mumkinligi haqida ma’lumotlar mavjud.

• Ac/Ds — faollashtirish–dissotsiatsiya tizimi (ingl. Activator-dissocation system)
• BORS1 — birinchi ochiq o‘qish ramkasining oqsili (ingl. Open reading frame 1 protein, ORF1p); BORS2 — ikkinchi ochiq o‘qish ramkasining oqsili
• DDP — uzun dispers takrorlar (ingl. Long INterspersed Elements, LINE, L)
• DKP — uzun uchki takrorlar (ingl. Long Terminal Repeat, LTR)
• KDP — qisqa dispers takrorlar (ingl. Short INterspersed Elements, SINE)
• SVA (ingl. SINE-R-VNTR-Alu) — KDP–O‘STT–Alu elementlari (bu yerda O‘STT — soni o‘zgaruvchan tandem takrorlar, ingl. Variable number of tandem repeat, VNTR).
• SFG-1 — gametotsitlarga xos 1-omil (ingl. gametocyte-specific factor 1, GTSF1)

• Golubovskiy M. D. Genlarning beqarorligi va mobil elementlar: o‘rganilish va kashf etilish tarixiga doir // Tarixiy-biologik tadqiqotlar. 2011. № 4. 60-78-betlar.
• Titov I. I., Vorojeykin P. S. miRNK saqlovchi odam transpozonlari // Vavilov nomidagi genetika va seleksiya jurnali. — 15-jild, № 323—326.
• Avdeyev Yu. I., Avdeyev A. Yu. Spontan mutant Solanum lycopersicum L. jinsiy hujayralaridagi transpozonlarni aniqlash va o‘simliklar seleksiyasi // yo‘q. 2013. № 2. 103-109-betlar.
• Danilevskaya O. N. Drozofilaning mobil genetik elementlari: kashfiyot tarixi va kashfiyotchilar taqdiri // Tarixiy-biologik tadqiqotlar. 2011. № 4. 79-89-betlar.
• Yurchenko N. N., Kovalenko L. V., Zaxarov I. K. Mobil genetik elementlar: genlar va genomlar beqarorligi // Vavilov nomidagi genetika va seleksiya jurnali. — 15-jild, № 2. — 261—270-betlar.