La trasposizione di DNA

La trasposizione è una forma specifica di ricombinazione genetica che sposta alcuni elementi genetici da un sito ad un altro. Questi elementi genetici mobili sono detti elementi trasponibili o trasposoni. Lo spostamento avviene mediante un evento di ricombinazione tra sequenze di DNA poste alle estremità dell'elemento trasponibile ed una presente sul DNA della cellula ospite. Questo spostamento può avvenire con o senza la duplicazione dell'elemento, e talvolta, la reazione di ricombinazione passa attraverso un intermedio transitorio ad RNA. Generalmente, quando gli elementi trasponibili si muovono, mostrano una scarsa selettività nella scelta di sequenza del sito d'inserzione. Il risultato è che i trasposoni si possono inserire all'interno dei geni, spesso distruggendone completamente la funzione. Si possono anche inserire nelle regioni regolative di un gene; in questo caso, la loro presenza può cambiare la modalità di espressione del gene stesso. Per questo motivo gli elementi trasponibili rappresentano, per alcuni organismi, come l'uomo e il mais (in cui sequenze simili ali trasposoni rappresentano quasi il 50% del genoma), la principale fonte di mutazione.

Comunque, i trasposoni, in funzione della loro generale organizzazione e del meccanismo di trasposizione, possono essere classificati in tre famiglie: 1) Trasposoni a DNA, che rimangono a DNA per tutto il ciclo ricombinativo e si muovono usando i meccanismi di taglio e riunione dei filamenti di DNA in maniera analoga agli elementi che si muovono per ricombinazione conservativa sito-specifica; 2) Retrotrasposoni simili ai virus, detti anche LTR (long terminal repeat, lunghe sequenze terminali ripetute); 3) Retrotrasposoni poli-A, detti anche retrotrasposoni non virali. Entrambi i tipi di retrotrasposoni si spostano in una nuova posizione sul DNA mediante un intermedio a RNA. Inoltre, bisogna dire che i trasposoni a DNA si trovano soprattutto nei batteri mentre i retrotrasposoni negli organismi eucarioti.

LA TRASPOSIZIONE A DNA AVVIENE CON UN MECCANISMO TAGLIA E INCOLLA
I trasposoni a DNA portano sia delle sequenze di DNA che servono come siti per la ricombinazione, sia i geni che codificano per proteine che partecipano alla ricombinazione. I siti per la ricombinazione si trovano alle due estremità dell'elemento e sono organizzati come sequenze ripetute e invertite, che variano in lunghezza da 25 al alcune centinaia di paia di basi; questi tratti portano, anche, le sequenze di riconoscimento della ricombinasi. In genere, le ricombinasi responsabili della trasposizione sono dette trasposasi (o, talvolta, integrasi). Le sequenze di DNA immediatamente fiancheggianti il trasposone hanno un breve segmento (lungo da 2 a 20 bp) di sequenza duplicata. Questi segmenti sono organizzati come ripetizioni dirette, dette duplicazioni del sito bersaglio, e si formano nel processo di ricombinazione. Comunque, i trasposoni a DNA che hanno un paio di estremità invertite e ripetute e un gene per la trasposasi hanno tutto ciò che serge per promuovere la propria trasposizione. Questi elementi sono detti trasposoni autonomi. Ma i genomi contengono anche segmenti di DNA mobili molto più semplici, detti trasposoni non autonomi, che contengono solo le estremità ripetute e invertite, quindi possono solo trasporsi in una cellula. Se questa però è dotata di un trasposone autonomo, codificante per una trasposasi, possono integrarsi nel genoma. La più semplice reazione di trasposizione è il movimento di un trasposone a DNA mediante un meccanismo non replicativo. Questo modo di ricombinare prevede l'escissione del trasposone dalla sua posizione iniziale, nel DNA ospite, seguita dall'integrazione del trasposone escisso in un nuovo dito di DNA. Per questo motivo si parla di trasposizione taglia e incolla. Per iniziare la ricombinazione, la trasposasi si lega all'estremità ripetute ed invertite del trasposone. L'enzima, una volta che ha riconosciuto queste sequenze, avvicina le due estremità del trasposone dando luogo ad un complesso nucleoproteico stabile, detto complesso sinaptico o traspososoma. Il compito di quest'ultimo è quello di assicurare che le reazioni di taglio e di riunione del DNA, necessarie allo spostamento del trasposone, avvengano contemporaneamente alle due estremità dell'elemento a DNA. Inoltre, durante la ricombinazione, protegge le estremità del DNA dagli enzimi cellulari. Il passaggio successivo consiste nell'escissione del trasposone dalla sua originaria posizione del genoma. Per fare ciò, le subunità della trasposasi all'interno del traspososoma iniziano con il tagliare un filamento ad ogni estremità del trasposone. L'enzima tagli il DNA in modo che la sequenza del trasposone termini, ad ogni estremità dell'elemento, con dei gruppi 3' OH liberi. Per terminare la reazione di escissione, anche il secondo filamento ad ogni estremità dell'elemento a DNA deve essere tagliato. I diversi trasposoni usano diversi meccanismi per tagliare questi secondi filamenti. Dopo l'escissione, l'estremità 3' OH del trasposone a DNA, attaccano i legami fosfodiesterici sulla doppia elica, nel sito di nuova inserzione. Questo segmento di DNA è chiamato DNA bersaglio. Il risultato di questo attacco consiste nel legame covalente tra il trasposone e il DNA nel sito bersaglio. In ogni reazione di unione, nel DNA bersaglio viene anche prodotta un'incisione (nick). Mentre la reazione di saldatura avviene mediante un unico passaggio di transesterificazione, noto come trasferimento del filamento di DNA. Vale la pena osservare che in quest'ultimo passaggio il DNA bersaglio è tagliato, originando delle estremità 3' OH, che fungono da primer nella sintesi di riparazione. Il riempimento di queste interruzioni porta alla duplicazione del sito bersaglio che fiancheggia i trasposoni. Quindi, la lunghezza della duplicazione indica quanto fossero distanti i due siti attaccati sui due filamenti del DNA bersaglio durante il trasferimento del secondo filamento. Una volta avvenuta la sintesi di riparazione delle interruzioni, è necessaria una DNA ligasi che saldi i filamenti di DNA. Nel sito della “vecchia” inserzione, invece, si viene a creare una rottura a doppio filamento che è riparata per mezzo della ricombinazione omologa.