Transpozon

Transpozonlar bir hücrenin genomunda farklı yerlere, transpozisyon olarak adlandırılan bir süreçle hareket edebilen DNA dizileridir. Bu süreç ile mutasyonlara ve genomdaki DNA miktarının değişmesine neden olurlar. Çeşitli hareketli genetik elemanlar mevcuttur, bunlar transpozisyon mekanizmalarına göre sınıflandırılırlar. Retrotranspozonlar (veya Sınıf I transpozonlar) bir RNA ara ürün aracılığıyla kendilerini kopyalayarak hareket ederler. DNA transpozonları (veya Sınıf II transpozonlar) bir RNA ara ürün kullanmaz. Tranpozonların kimi kendini kopyalayarak, kimi kendini çevreleyen DNA'dan kesip çıkarıp başka bir yere taşıyarak hareket eder. Bu özelliklerinden dolayı, bilim insanları transpozonları canlılardaki DNA'yı değiştirmek için bir araç olarak kullanırlar.
Barbara McClintock 1940'ta transpozonları ilk olarak mısır bitkisinde keşfetmesinden dolayı 1983'te Nobel Ödülü almıştır.  Transpozonlar, insan dahil, ökaryotik canlıların genomunun önemli bir bölümünü oluştururlar.

Transpozonların hareket mekanizmaları

Tranpozonlar kullandıkları enzimler bakımından iki ana gruba ayrılabilirler.  RNA ara ürün aracılığıyla hareket eden retrotranspozonlar RNA'nın DNA'ya çevriyazan ters transkriptaz enzimini kullanırlar.  DNA transpozonlarının hareketi ise transpozaz enzimi ile gerçekleşir.

DNA transpozonları (Sınıf II transpozonlar)

DNA transpozonlarının  transpoziyon mekanizmasında, retrotransposonlardan farklı olarak, RNA yer almaz. Bu mekanizma ile hareket eden transpozonlarda bulunan bir transpozaz, bir de rezolvaz enzimi bulunur (bazılarında bu iki fonksiyon bir proteinde bütünleşmiştir). DNA transpozonlarının iki ucundaki ters yönlü dizi tekrarları transpozaz enziminin rekombinasyon işlemi için gereklidir. Bir DNA parçası transpozaz enzimini şifrelemese (veya mutasyonla kaybetmiş olsa) dahi bu bu ters yönlü tekrarlara sahip olursa yardımcı bir transpozonun tranpozaz enzimi aracılığıyla genomda hareket etmeye devam edebilir.  Transpozaz, transpozonun iki ucundaki DNA'yı ve hedef noktasındaki DNA'yı keserek genomdan transpozonu çıkarır ve yeni konumuyla bütünleştirir (entegre eder).   Rezolvaz enzimi entegrasyon aşamasında gereklidir, tek zincirli kesikler yaratarak transpozon DNA'sının onu çevreleyen DNA ile düzgün bir şekilde bütünleşmesini sağlar.
DNA transpozonlarının bazıları "kes yapıştır" yoluyla, bazıları ise "kopyala yapıştır" yoluyla hareket eder. Hangisinin olduğu transpozon enziminin verici transpozon uçlarındaki DNA'nın bir mi iki mi zincirinden kestiğine bağlıdır. Transpozazlar hedef yerdeki DNA'yı yapışkan uçlar yaratacak şekilde kaymalı (ing. staggered) keser, transpozon DNA'sını da (bir veya iki zincirden) keser ve onu hedef yerindeki DNA zincirlerine bağlar.  Konak hücreye ait olan DNA polimeraz açık kalmış tek zincirli yerleri doldurur, DNA ligaz da şeker-fosfat zincirini kapayınca transpozisyon tamamlanmış olur.
Kimi transpozon DNA molekülünün herhangi bir yerine bağlanabilir, dolayısıyla traspozonun hedefi genomda herhangi bir yerde olabilir, kimi transpozaz ise kendine özgün dizilere bağlanır.
DNA transpozonları yapılarına bağlı olarak iki ana gruba ayrılabilir: 
Birleşik tranpozonların (örneğin bakterilerdeki Tn5, 9, 10, 903 ve 1681) iki ucunda biribirine çok benzer ama ters yönlü (evrik) diziler, "insersiyon dizileri" (ing., insertion sequence; IS) bulunur. Bu IS dizileri oldukça uzundurlar, transpozisyon için gerekli olan tranpozaz ve entegraz enzimlerinin genlerini kodlarlar. İki IS dizisi arasında ayrıca bir veya birkaç antibiyotik direnç geni bulunur.  Her bir IS dizisi hem tek başına hem de yakınındaki öbür IS dizisi ile birlikte hareket etme yeteneğine sahiptir; beraber hareket ettiklerinde aralarında bulunan DNA bölgesini de taşırlar.  Ortamda antibiyotik bulunması halinde aradaki antibiyotik direnç geninin taşınabildiği gözlemlenebilir, çünkü bu taşınma olayları konak bakteriye bir selektif avantaj sağlar.  Bazı durumlarda, eğer genomda pek çok transpozon varsa, hareket eden bir IS, antibiyotik direnç geninin öbür yanindaki IS ile birlikte hareket etmek yerine, öbür tarafındaki bir IS ile hareket edebilir; bu durumda ikisi arasında yer alan bazı genler genomda başka bir yere taşınabilir.
Birleşik transpozonlar hareket ettiklerinde ikilenmezler.
Karmaşık tranzpozonların (örneğin bakterilerdeki Tn1, 3, 4, 7, 501 ve 551 ve bakteriyofaj Mu'nun) iki ucunda da tekrar eden diziler vardır ama bunlar kısadır (30-40 baz çifti), bu diziler arasında transpozaz ve antibiyotik direnç geni yer alır.  Transpozonun hareketinde bu genlerin hepsi beraber hareket ederler. Bu sınıfta yer alan transpozonlar ikilenerek hareket ederler, yani hareketlerinin sonucunda genomdaki kopya sayıları artar .

Sınıf III transpozonlar

Minyatür Evrik Tekrarlı Traspozabl Elemanlar (ing. Miniature Inverted-repeats Transposable Elements; MITE), Sınıf II (DNA) transpozonlarına benzerler ama çok küçüklerdir (100-500 bç), transpozisyonları için gerekli olan genleri bulundurmazlar.  Genomda bulunan başka transpozonların transpozazları aracılığıyla hareket ettikleri sanılmaktadır. İlk bitkilerde keşfedilmişler, sonra insan dahil çeşitli başka canlı gruplarında da bulundukları görülmüştür. Pirinç genomunun %6'sı MITE'lerden oluşur. İnsan genomunda bulunan 100.000 MITE, genomun yaklaşık %1'ini oluşturur.

Transpozonlarin evrimi

Transpozonların evrimi ve genom evrimine olan etkileri halen etkin bir araştırma konusudur.
Transpozonlar canlıların her dalında bulunur ancak kökenleri bilinmemektedir.  En son ortak atada ortaya çıkmış olabilecekleri gibi bağımsız olarak pek çok kere oluşmuş olabilirler, veya bir kere oluşup sonra yatay gen transferi ile diğer biyolojik alemlere yayılmış olabilirler. Transpozonlar bazen konaklarına fayda sağlayabilseler de genel olarak bencil DNA olarak, yani konak hücrenin DNA'sında yaşayana parazitler olarak değerlendirilirler. Bu bakımdan virüslere benzerler.  Nitekim, retrotranspozon ve retrovirüslerin kopyalanmasındaki benzerlikler ortak bir atadan evrimleşmiş olduklarına dair spekülasyonlara yol açmıştır.
Aşırı transpozisyon bir genomu çalışmaz hale getirebileceğinden çoğu organizma transpozisyonu dayanılır bir seviyede tutmak için mekanizmalar geliştirmiştir. Örneğin, nematod Caenorhabditis elegans 'da RNA enterferans (RNAi) için gerekli olan bazı genler tranpozisyona da engel olurlar.  Aşırı transpozisyondan dolayı konak organizmanın ölmesi transpozonun da varlığına son vereceği için transpozonlar da kendi hareketliliklerini kontrol altında tutarlar.  Örneğin bakteriyel transpozonlar genelde yalnızca metillenmemiş DNA'ya kendilerini kopyalarlar. DNA kopyalandıktan kısa bir süre sonra metillendiği için transpozisyon çoğalan hücrelerde ve ancak bu kısa zaman aralığında mümkün olur.

Uygulama

Moleküler biyolojide transpozonlar bir mutasyon aracı olarak kullanılır.  Transpozon içine girdiği geni hem çalışmaz hale getirir, hem de çalışmaz hale gelmiş genin kolayca bulunmasını sağlar.
Bazen bir transpozon bir genin içine girmesi onu tersinir bir şekilde inaktive eder; transpozaz aracılığıyla tranpozon genden çıkartılması genin fonksiyonunun geri gelmesini sağlar.  Bitkilerde böylece birbirine komşu hücrelerin farklı genotipleri olabilir.  Bu özellik sayesinde araştırmacılar bir hücrenin işlevini yerine getirmesi için bir genin o hücrenin içinde mi, yoksa başka bir hücrede mi çalışıyor olmasının yeterli olduğunu ayıredebilirler.