ทรานสโพเซส คือ เอนไซม์ประเภทหนึ่งที่สามารถจับกับปลายของทรานสโพซอนและเร่งการเคลื่อนที่ของทรานสโพซอนไปยังส่วนอื่นของจีโนมโดยทั่วไปแล้วจะใช้กลไกการตัดและวางหรือกลไกการจำลองแบบ ในกระบวนการที่เรียกว่าการทรานสโพซิชัน คำว่า "ทรานสโพเซส" ถูกบัญญัติขึ้นโดยบุคคลที่โคลนเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการทรานสโพซิชันของทรานสโพซอน Tn3 [ ^{1 ] การ}มีอยู่ของทรานสโพซอนถูกตั้งสมมติฐานในช่วงปลายทศวรรษ 1940 โดยบาร์บารา แมคคลินท็อกผู้ซึ่งกำลังศึกษาการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของข้าวโพดแต่พื้นฐานทางโมเลกุลที่แท้จริงของการทรานสโพซิชันนั้นได้รับการอธิบายโดยกลุ่มในภายหลัง แมคคลินท็อกค้นพบว่าบางส่วนของโครโมโซมเปลี่ยนตำแหน่ง กระโดดระหว่างโลคัสที่แตกต่างกันหรือจากโครโมโซมหนึ่งไปยังอีกโครโมโซมหนึ่ง การจัดตำแหน่งใหม่ของทรานสโพซอนเหล่านี้ (ซึ่งเข้ารหัสสี) ทำให้ยีนอื่นสำหรับเม็ดสีสามารถแสดงออกได้^{[ 2 ]}การทรานสโพซิชันในข้าวโพดทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสี อย่างไรก็ตาม ในสิ่งมีชีวิตอื่นๆ เช่น แบคทีเรีย อาจทำให้เกิดการดื้อยาปฏิชีวนะได้ [ ^{2 ] การ}ย้ายตำแหน่งยังมีความสำคัญในการสร้างความหลากหลายทางพันธุกรรมภายในสายพันธุ์และสร้างความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไป^{[ 3 ]}

ทรานสโพเซสถูกจัดอยู่ในกลุ่มEC หมายเลข EC 2.7.7 ยีนที่เข้ารหัสทรานสโพเซสแพร่หลายในจีโนมของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่และเป็นยีนที่มีปริมาณมากที่สุดเท่าที่ทราบ^{[ 4 ]}ในระหว่างวิวัฒนาการของมนุษย์ จีโนมของมนุษย์มากถึง 40% ได้เคลื่อนย้ายไปมาโดยวิธีการต่างๆ เช่น การเคลื่อนย้ายของทรานสโพซอน^{[ 2 ]}

โดเมนการสร้างไดเมอร์ของทรานสโพเนส Tn5
ทรานสโพเนส tn5: คอมเพล็กซ์ปลายนอก 20 เมอร์ 2 ไมโครนิวคลีโอไทด์
ตัวระบุ
เครื่องหมาย	ไดเมอร์_ทีเอ็นพี_ทีเอ็น5
พีแฟม	PF02281
อินเตอร์โปร	IPR003201
สโคป2	1b7e / SCOPe / SUPFAM
โครงสร้างโปรตีนที่มีอยู่: พีดีบี   IPR003201 PF02281 ( ECOD ; PDBsum )   อัลฟาโฟลด์ IPR003201 PF02281

ทรานสโพเซส (Tnp) Tn5 เป็นสมาชิกของ ตระกูลโปรตีน RNaseซึ่งรวมถึงอินทิเกรส ของไวรัสเรโทร Tn5 สามารถพบได้ในแบคทีเรียShewanellaและEscherichia ^{[ 5 ]}ทรานสโพซอนเข้ารหัสความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะคานามัยซินและยาปฏิชีวนะอะมิโนไกลโคไซด์อื่นๆ^{[ 3 ] [ 6 ]}

Tn5 และทรานสโพเซสอื่นๆ มีกิจกรรมต่ำอย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากเหตุการณ์การเคลื่อนย้าย DNA นั้นก่อให้เกิดการกลายพันธุ์โดยธรรมชาติ กิจกรรมที่ต่ำของทรานสโพเซสจึงจำเป็นเพื่อลดความเสี่ยงที่จะทำให้เกิดการกลายพันธุ์ที่ร้ายแรงในโฮสต์ และกำจัดองค์ประกอบที่เคลื่อนย้ายได้หนึ่งในเหตุผลที่ Tn5 มีปฏิกิริยาต่ำมากคือปลาย N และปลาย C อยู่ใกล้กันมากและมีแนวโน้มที่จะยับยั้งซึ่งกันและกัน เรื่องนี้ได้รับการอธิบายโดยการศึกษาลักษณะของการกลายพันธุ์หลายชนิดที่ส่งผลให้เกิดทรานสโพเซสที่มีกิจกรรมสูงขึ้น การกลายพันธุ์ชนิดหนึ่งคือ L372P ซึ่งเป็นการกลายพันธุ์ของกรดอะมิโนตำแหน่งที่ 372 ในทรานสโพเซส Tn5 กรดอะมิโนนี้โดยทั่วไปคือลิวซีนซึ่งอยู่ตรงกลางของเกลียวอัลฟา เมื่อลิวซีนนี้ถูกแทนที่ด้วยโพรลีน เกลียวอัลฟาจะแตกออก ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในโดเมนปลาย C แยกออกจากโดเมนปลาย N มากพอที่จะส่งเสริมกิจกรรมที่สูงขึ้นของโปรตีน^{[ 3 ]}การย้ายตำแหน่งของทรานสโพซอนมักต้องการเพียงสามส่วน ได้แก่ ทรานสโพซอน เอนไซม์ทรานสโพเซส และดีเอ็นเอเป้าหมายสำหรับการแทรกทรานสโพซอน^{[ 3 ]}ซึ่งเป็นกรณีเดียวกับ Tn5 ที่ใช้กลไกการตัดและวางเพื่อเคลื่อนย้ายทรานสโพซอนไปรอบๆ^{[ 3 ]}

Tn5 และทรานสโพเซสส่วนใหญ่มีโมทิฟ DDE ซึ่งเป็นไซต์ที่ใช้งานซึ่งเร่งการเคลื่อนที่ของทรานสโพซอน แอสปาร์เทต-97 แอสปาร์เทต-188 และกลูตาเมต-326 ประกอบกันเป็นไซต์ที่ใช้งาน ซึ่งเป็นกลุ่มของสารตกค้างที่เป็นกรดสามตัว^{[ 7 ]}กล่าวกันว่าโมทิฟ DDE จะประสานกับไอออนโลหะสองวาเลนต์ ซึ่งส่วนใหญ่มักเป็นแมกนีเซียมและแมงกานีส ซึ่งมีความสำคัญในปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา^{[ 7 ]}เนื่องจากทรานสโพเซสไม่ทำงานอย่างมาก จึงมีการกลายพันธุ์บริเวณ DDE เพื่อให้ทรานสโพเซสทำงานมากเกินไปและเร่งการเคลื่อนที่ของทรานสโพซอน^{[ 7 ]}กลูตาเมตจะถูกเปลี่ยนเป็นแอสปาร์เทต และแอสปาร์เทตสองตัวจะถูกเปลี่ยนเป็นกลูตา เมต ^{[ 7 ]}ด้วยการกลายพันธุ์นี้ การศึกษา Tn5 จึงเป็นไปได้ แต่ขั้นตอนบางอย่างในกระบวนการเร่งปฏิกิริยาจะหายไปเป็นผล^{[ 3 ]}

มีหลายขั้นตอนที่เร่งการเคลื่อนที่ของทรานสโพซอน รวมถึงการจับ Tnp การสร้างไซแนปส์ (การสร้างคอมเพล็กซ์ไซแนปส์) การตัด การจับเป้าหมาย และการถ่ายโอนสาย ทรานสโพเซสจะจับกับสาย DNA และสร้างแคลมป์เหนือปลายทรานสโพซอนของ DNA และแทรกเข้าไปในไซต์ที่ใช้งานอยู่ เมื่อทรานสโพเซสจับกับทรานสโพซอนแล้ว มันจะสร้างคอมเพล็กซ์ไซแนปส์ซึ่งมีทรานสโพเซสสองตัวจับกันในความสัมพันธ์แบบซิส/ทรานส์กับทรานสโพซอน^{[ 3 ]}

ในการแยกตัว ไอออนแมกนีเซียมจะกระตุ้นออกซิเจนจากโมเลกุลน้ำและทำให้เกิดการโจมตีแบบนิวคลีโอฟิลิก^{[ 6 ]}ซึ่งทำให้โมเลกุลน้ำสามารถตัดสาย 3' ที่ปลายทั้งสองข้างและสร้างโครงสร้างแฮร์พิน ซึ่งจะแยกทรานสโพซอนออกจากดีเอ็นเอผู้ให้^{[ 3 ]}จากนั้น ทรานสโพเซสจะเคลื่อนย้ายทรานสโพซอนไปยังตำแหน่งที่เหมาะสม ยังไม่ค่อยมีข้อมูลเกี่ยวกับการจับเป้าหมายมากนัก แม้ว่าจะมีความลำเอียงของลำดับซึ่งยังไม่ได้กำหนด^{[ 3 ]}หลังจากจับเป้าหมายแล้ว ทรานสโพเซสจะโจมตีดีเอ็นเอเป้าหมายที่ห่างกันเก้าเบสคู่ ส่งผลให้ทรานสโพซอนรวมเข้ากับดีเอ็นเอเป้าหมาย^{[ 3 ]}

ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ เนื่องจากการกลายพันธุ์ของ DDE ทำให้ขั้นตอนบางอย่างของกระบวนการหายไป เช่น เมื่อทำการทดลองนี้ในหลอดทดลองและการบำบัดด้วยความร้อน SDS จะทำให้ทรานสโพเซสเสียสภาพ อย่างไรก็ตาม ยังไม่แน่ชัดว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับทรานสโพเซสในร่างกาย^{[ 3 ]}

การศึกษาทรานสโพเซส Tn5 มีความสำคัญโดยทั่วไปเนื่องจากมีความคล้ายคลึงกับHIV -1 และโรคเรโทรไวรัสอื่นๆ การศึกษา Tn5 ยังสามารถค้นพบสิ่งต่างๆ มากมายเกี่ยวกับทรานสโพเซสอื่นๆ และกิจกรรมของพวกมันได้อีกด้วย^{[ 3 ]}

Tn5 ถูกนำมาใช้ในการจัดลำดับจีโนมโดยใช้ Tn5 เพื่อต่อเติมอะแดปเตอร์การจัดลำดับและแยก DNA ในปฏิกิริยาเอนไซม์เดียวในปี 2010 ^{[ 8 ]}ซึ่งช่วยลดเวลาและความต้องการอินพุตเมื่อเทียบกับ การเตรียมไลบรารี การจัดลำดับรุ่นต่อไป แบบดั้งเดิม กลยุทธ์ที่ใช้ Tn5 สามารถลดความซับซ้อนของโปรโตคอลการเตรียมไลบรารีได้อย่างมาก และยังสามารถรวมเข้ากับการทำ PCR จากโคโลนีโดยตรงสำหรับแบคทีเรียจำนวนมากโดยไม่มีอคติในการครอบคลุมที่ชัดเจน^{[ 8 ]}ข้อเสียหลักคือการควบคุมขนาดของชิ้นส่วนที่แยกได้น้อยกว่าเมื่อเทียบกับการแยกชิ้นส่วนด้วยเอนไซม์และการแยกชิ้นส่วนด้วยกลไก และมีอคติไปทางปริมาณ GC สูง^{[ 8 ]}วิธีการเตรียมไลบรารีนี้ยังใช้ในเทคนิค ATAC-seq ด้วย

ทรานสโพเซส Sleeping Beauty (SB) เป็นรีคอมบิเนสที่ขับเคลื่อนระบบทรานสโพซอน Sleeping Beauty [ ^{9 ] ท} รานสโพเซส SB จัดอยู่ในกลุ่มทรานสโพเซส DD[E/D] ซึ่งอยู่ในกลุ่มซูเปอร์แฟมิลีขนาดใหญ่ของโพลีนิวคลีโอไทด์ทรานสเฟอเรสที่รวมถึง RNase H, RuvC Holliday resolvase, โปรตีน RAG และอินทิเกรสของไวรัสเรโทร^{[ 10 ] [ 11 ]}ระบบ SB ถูกใช้เป็นหลักในสัตว์มีกระดูกสันหลังสำหรับการถ่ายทอดยีน^{[ 12 ]}รวมถึงการบำบัดด้วยยีน^{[ 13 ] [ 14 ]}และการค้นพบยีน^{[ 15 ] [ 16 ]} SB100X ที่ได้รับการดัดแปลงทางวิศวกรรมเป็นเอนไซม์ที่ควบคุมการรวมตัวของทรานสโพซอนในระดับสูง^{[ 17 ] [ 18 ]}

ทรานสโพซอน Tn7 เป็นองค์ประกอบทางพันธุกรรมที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งพบในโปรคาริโอตหลายชนิด เช่นEscherichia coli ( E. coli ) และถูกค้นพบครั้งแรกในฐานะลำดับ DNA ในโครโมโซมของแบคทีเรียและพลาสมิด ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ซึ่งเข้ารหัสความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะไตรเมโทพริมและสเตรปโตมัย ซิ น^{[ 19 ] [ 20 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่งจัดเป็นองค์ประกอบที่เคลื่อนย้ายได้ (ทรานสโพซอน) ลำดับนี้สามารถจำลองตัวเองและเคลื่อนย้ายตัวเองภายในจีโนมโดยใช้เอนไซม์รีคอมบิเนสที่เข้ารหัสเองที่เรียกว่าทรานสโพเซส ส่งผลให้เกิดผลกระทบต่างๆ เช่น การสร้างหรือย้อนกลับการกลายพันธุ์และการเปลี่ยนแปลงขนาดของจีโนม ทรานสโพซอน Tn7 ได้พัฒนากลไกสองอย่างเพื่อส่งเสริมการแพร่กระจายในหมู่โปรคาริโอต^{[ 21 ]}เช่นเดียวกับทรานสโพซอนของแบคทีเรียอื่นๆ อีกมากมาย Tn7 จะเคลื่อนย้ายด้วยความถี่ต่ำและแทรกเข้าไปในหลายๆ ตำแหน่งที่แตกต่างกันโดยมีการเลือกตำแหน่งน้อยมากหรือไม่มีเลย ผ่านเส้นทางแรกนี้ Tn7 จะถูกส่งไปยังพลาส มิด ที่สามารถถ่ายทอดได้ ซึ่งสามารถจำลองและกระจายระหว่างแบคทีเรียได้ อย่างไรก็ตาม Tn7 มีความพิเศษตรงที่มันยังเคลื่อนย้ายด้วยความถี่สูงไปยังตำแหน่งเฉพาะในโครโมโซมของแบคทีเรียที่เรียกว่า attTn7 ^{[ 22 ]}ลำดับเฉพาะนี้เป็นยีนที่จำเป็นและมีการอนุรักษ์สูงซึ่งพบในแบคทีเรียหลายสายพันธุ์ อย่างไรก็ตาม การรวมตัวใหม่นี้ไม่เป็นอันตรายต่อแบคทีเรียเจ้าบ้าน เนื่องจาก Tn7 เคลื่อนย้ายลงไปทางปลายน้ำของยีนหลังจากที่จดจำได้แล้ว ส่งผลให้เป็นวิธีที่ปลอดภัยในการแพร่กระจายทรานสโพซอนโดยไม่ฆ่าเจ้าบ้าน เส้นทางการเลือกตำแหน่งเป้าหมายที่มีวิวัฒนาการสูงและซับซ้อนนี้ชี้ให้เห็นว่าเส้นทางนี้วิวัฒนาการขึ้นเพื่อส่งเสริมการอยู่ร่วมกันระหว่างทรานสโพซอนและเจ้าบ้าน ตลอดจนการส่งผ่าน Tn7 ไปสู่แบคทีเรียรุ่นต่อๆ ไปได้อย่างประสบความสำเร็จ^{[ 21 ]}

ทรานสโพซอน Tn7 มีความยาว 14 กิโลเบส และเข้ารหัสเอนไซม์ห้าชนิด^{[ 21 ]}ปลายของลำดับดีเอ็นเอประกอบด้วยสองส่วนที่ทรานสโพเซส Tn7 ทำปฏิกิริยาด้วยในระหว่างการรวมตัวใหม่ ส่วนซ้าย (Tn7-L) มีความยาว 150 คู่เบส และลำดับขวา (Tn7-R) มีความยาว 90 คู่เบส ปลายทั้งสองข้างของทรานสโพซอนมีไซต์การจับ 22 คู่เบสหลายชุดที่ทรานสโพเซส Tn7 จดจำและจับ ภายในทรานสโพซอนมีห้ายีนที่แยกจากกันซึ่งเข้ารหัสโปรตีนที่ประกอบขึ้นเป็นกลไกการเคลื่อนย้าย นอกจากนี้ ทรานสโพซอนยังมีอินทิกรอน ซึ่งเป็นส่วนของดีเอ็นเอที่มี แคสเซ็ต ของยีน หลาย ชุด ที่เข้ารหัสความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะ^{[ 21 ]}

ทรานสโพซอน Tn7 เข้ารหัสโปรตีนห้าชนิด ได้แก่ TnsA, TnsB, TnsC, TnsD และ TnsE ^{[ 21 ]} TnsA และ TnsB ทำงานร่วมกันเพื่อสร้างเอนไซม์ทรานสโพเซส Tn7 TnsAB เอนไซม์นี้จดจำและจับกับปลายของลำดับ DNA ของทรานสโพซอนโดยเฉพาะ และตัดออกโดยการแนะนำการแตกของ DNA สองสายที่ปลายแต่ละด้าน จากนั้นลำดับที่ถูกตัดออกจะถูกแทรกเข้าไปในตำแหน่ง DNA เป้าหมายอื่น เช่นเดียวกับทรานสโพซอนอื่นๆ ที่ได้รับการระบุลักษณะ กลไกสำหรับการย้ายตำแหน่งของ Tn7 เกี่ยวข้องกับการตัดปลาย 3' จาก DNA ที่ให้โดยโปรตีน TnsA ของทรานสโพเซส TnsAB อย่างไรก็ตาม Tn7 ยังถูกตัดอย่างเป็นเอกลักษณ์ใกล้กับปลาย 5' ประมาณ 5 bp จากปลาย 5' ไปทางทรานสโพซอน Tn7 โดยโปรตีน TnsB ของ TnsAB หลังจากที่ทรานสโพซอนแทรกเข้าไปในตำแหน่งดีเอ็นเอเป้าหมายแล้ว ปลาย 3' จะเชื่อมต่อกับดีเอ็นเอเป้าหมายด้วยพันธะโควาเลนต์ แต่ช่องว่าง 5 คู่เบสยังคงอยู่ที่ปลาย 5' ดังนั้น การซ่อมแซมช่องว่างเหล่านี้จะนำไปสู่การทำซ้ำ 5 คู่เบสเพิ่มเติมที่ตำแหน่งเป้าหมาย โปรตีน TnsC จะทำปฏิกิริยากับเอนไซม์ทรานสโพเซสและดีเอ็นเอเป้าหมายเพื่อส่งเสริมกระบวนการตัดออกและการแทรก ความสามารถของ TnsC ในการกระตุ้นทรานสโพเซสขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาของมันกับดีเอ็นเอเป้าหมายพร้อมกับโปรตีนเป้าหมายที่เหมาะสม คือ TnsD หรือ TnsE โปรตีน TnsD และ TnsE เป็นตัวเลือกเป้าหมายทางเลือกที่เป็นตัวกระตุ้น การจับกับดีเอ็นเอ ซึ่งส่งเสริมการตัดออกและการแทรกของ Tn7 ความสามารถในการทำปฏิกิริยากับดีเอ็นเอเป้าหมายเฉพาะเป็นกุญแจสำคัญในการเลือกตำแหน่งเป้าหมายของ Tn7 โปรตีน TnsA, TnsB และ TnsC จึงประกอบกันเป็นกลไกหลักของ Tn7: TnsA และ TnsB ทำงานร่วมกันเพื่อสร้างทรานสโพเซส ในขณะที่ TnsC ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมกิจกรรมของทรานสโพเซส โดยสื่อสารระหว่างทรานสโพเซสกับ TnsD และ TnsE เมื่อโปรตีน TnsE ทำปฏิกิริยากับกลไกหลัก TnsABC Tn7 จะนำการแทรกเข้าไปในพลาสมิดที่สามารถถ่ายทอดได้ เมื่อโปรตีน TnsD ทำปฏิกิริยากับ TnsABC Tn7 จะนำการแทรกไปยังไซต์สำคัญและมีการอนุรักษ์สูงเพียงไซต์เดียวในโครโมโซมของแบคทีเรีย ไซต์นี้ attTn7 ได้รับการจดจำโดยเฉพาะโดย TnsD ^{[ 21 ]}

• ทรานสโพเซส ในฐานข้อมูล หัวเรื่องทางการ แพทย์ (MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา
• ภาพรวมของข้อมูลโครงสร้างทั้งหมดที่มีอยู่ในPDBสำหรับUniProt : Q46731 (Transposase สำหรับ transposon Tn5) ที่PDBe- KB