Русская Википедия:LTR ретротранспозон

Содержание

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Файл:LTR retrotransposon.png

А. Генетическая структура LTR-ретротранспозонов (gypsy-тип). Б. Механизм ретротранспозиции, происходящей внутри вирусоподобных частиц в цитоплазме. Обратная транскрипция инициируется в сайте связывания праймеров тРНК хозяина (PBS), расположенном непосредственно ниже 5’LTR. Вновь синтезированную копию кДНК с минус-цепью 5’LTR затем переносят в 3’LTR и используют в качестве праймера для обратной транскрипции всей последовательности с минус-цепью. Затем полипуриновый тракт, устойчивый к РНКазе Н, служит в качестве праймера для синтеза плюс-цепи 3’LTR и комплементарного PBS. Затем вновь синтезированный PBS с положительной цепью связывается с уже синтезированным PBS с отрицательной цепью, и в конечном итоге образуется двухцепочечная кДНК. Затем двухцепочечная кДНК переносится в ядро с помощью белков-интеграз, и новая копия интегрируется в геном.

Ретротранспозоны LTR представляют собой мобильный элемент класса I, характеризующийся наличием длинных концевых повторов (LTR), непосредственно фланкирующих внутреннюю кодирующую область. Как ретротранспозоны, они мобилизуются посредством обратной транскрипции своей мРНК и интеграции вновь созданной кДНК в другое место. Их механизм ретротранспозиции аналогичен ретровирусам, с той разницей, что большинство LTR-ретротранспозонов не образуют инфекционных частиц, которые покидают клетки и, следовательно, реплицируются только внутри своего генома. Те, которые действительно (иногда) образуют вирусоподобные частицы, классифицируются как Ortervirales .

Их размер колеблется от нескольких сотен пар оснований до 25 т.п.н., например ретротранспозон Ogre в геноме гороха.

В геномах растений ретротранспозоны LTR представляют собой основной класс повторяющихся последовательностей, например, составляющий более 75 % генома кукурузы. Ретротранспозоны LTR составляют около 8 % генома человека и примерно 10 % генома мыши.

Структура и распространение

Ретротранспозоны LTR имеют прямые длинные терминальные повторы, размер которых варьируется от ~ 100 п.н. до более 5 т.п.н. Ретротранспозоны LTR далее подразделяются на группы, подобные Ty1- copia (Pseudoviridae), Ty3- gypsy -подобные (Metaviridae) и BEL-Pao-подобные (Belpaoviridae), на основании степени сходства их последовательностей и порядка кодирования. генные продукты. Ty1- copy и Ty3- gypsy группы ретротранспозонов обычно обнаруживаются в большом числе копий (до нескольких миллионов копий на гаплоидное ядро) в геномах животных, грибов, простейших и растений. BEL-Pao-подобные элементы до сих пор были обнаружены только у животных.

Все функциональные LTR-ретротранспозоны кодируют как минимум два гена, gag и pol, которых достаточно для их репликации. Gag кодирует полипротеин с капсидом и нуклеокапсидным доменом. Белки Gag образуют в цитоплазме вирусоподобные частицы, внутри которых происходит обратная транскрипция. Ген Pol продуцирует три белка: протеазу (PR), обратную транскриптазу, снабженную доменами RT (обратная транскриптаза) и РНКазы H, и интегразу (IN).

Обычно мРНК LTR-ретротранспозона продуцируются РНК-хозяином pol II, действующим на промотор, расположенный в их 5'-LTR. Гены Gag и Pol кодируются одной и той же мРНК. В зависимости от вида хозяина для экспрессии двух полипротеинов можно использовать две разные стратегии: слияние в единую открытую рамку считывания (ORF), которая затем расщепляется, или введение сдвига рамки между двумя ORF. Случайный сдвиг рамки считывания рибосом позволяет продуцировать оба белка, при этом гарантируя, что будет произведено гораздо больше белка Gag для образования вирусоподобных частиц.

Обратная транскрипция обычно инициируется на короткой последовательности, расположенной непосредственно ниже 5'-LTR и называемой сайтом связывания праймера (PBS). Специфические тРНК хозяина связываются с PBS и действуют как праймеры для обратной транскрипции, которая происходит в сложном и многоступенчатом процессе, в конечном итоге образуя двухцепочечную молекулу кДНК. кДНК, наконец, интегрируется в новое место, создавая короткие TSD (дупликации сайта-мишени) и добавляя новую копию в геном хозяина.

Типы

Ty1-copia

Ретротранспозоны Ty1-copia широко распространены у видов, начиная от одноклеточных водорослей и заканчивая мохообразными, голосеменными и покрытосеменными растениями. Они кодируют четыре белковых домена в следующем порядке: протеаза, интеграза, обратная транскриптаза и рибонуклеаза H.

Существуют по крайней мере две системы классификации для подразделения ретротранспозонов Ty1 -copy на пять линий: Sireviruses/Maximus, Oryco/Ivana, Retrofit/Ale, TORK (подразделяется на Angela/Sto, TAR/Fourf, GMR/Tork), и Bianca.

Sireviruses/Maximus ретротранспозоны содержат дополнительный предполагаемый оболочечный ген. Эта линия названа в честь элемента-основателя SIRE1 в геноме Glycine max и позже была описана у многих видов, таких как Zea mays, Arabidopsis thaliana, Beta vulgaris, и Pinus pinaster. Сиревирусы растений многих секвенированных геномов растений обобщены в базе данных MASIVEdb Sirevirus.

Ty3-gypsy

Ретротранспозоны Ty3-gypsy широко распространены в царстве растений, включая как голосеменные, так и покрытосеменные растения. Они кодируют как минимум четыре белковых домена в следующем порядке: протеаза, обратная транскриптаза, рибонуклеаза H и интеграза. На основании структуры, наличия/отсутствия специфических белковых доменов и консервативных мотивов белковой последовательности их можно разделить на несколько клонов:

Эррантивирусы содержат дополнительную дефектную ORF оболочки, сходную с геном ретровирусной оболочки. Впервые описанные как Athila-элементы в Arabidopsis thaliana, они были позже идентифицированы во многих видах, таких как Glycine max и Beta vulgaris.

Хромовирусы содержат дополнительный хромодомен (домен модификатора организации хроматин) на С-конце их белка интегразы. Они широко распространены у растений и грибов, вероятно, сохранив белковые домены в ходе эволюции этих двух царств. Считается, что хромодомен направляет интеграцию ретротранспозонов в определённые сайты-мишени. По последовательности и структуре хромодомена хромовирусы подразделяются на четыре клады CRM, Tekay, Reina и Galadriel. Хромовирусы из каждой клады обнаруживают отличительные паттерны интеграции, например, в центромеры или в гены рРНК.

Ogre-элементы представляют собой гигантские ретротранспозоны Ty3- gypsy, достигающие длины до 25 т.п.н. Ogre-элементы были впервые описаны у Pisum sativum.

Метавирусы описывают обычные ретротранспозоны Ty3- gypsy, которые не содержат дополнительных доменов или ОРС.

BEL/pao

Семейство BEL/pao встречается у животных.

Эндогенные ретровирусы (ERV)

Хотя ретровирусы часто классифицируют отдельно, они имеют много общего с ретротранспозонами LTR. Основное различие с ретротранспозонами Ty1-copia и Ty3-gypsy заключается в том, что ретровирусы имеют белок оболочки (ENV). Ретровирус может быть трансформирован в ретротранспозон LTR путем инактивации или делеции доменов, обеспечивающих внеклеточную мобильность. Если такой ретровирус инфицирует и впоследствии внедряется в геном клеток зародышевой линии, он может передаваться вертикально и становиться эндогенным ретровирусом.

Терминальные повторяющиеся ретротранспозоны в миниатюре (TRIM)

У некоторых ретротранспозонов LTR отсутствуют все их кодирующие домены. Из-за их небольшого размера они называются терминальными повторяющимися ретротранспозонами в миниатюре (TRIM). Тем не менее, TRIM могут быть способны к ретротранспозиции, так как они могут полагаться на кодирующие домены автономных ретротранспозонов Ty1-copia или Ty3-gypsy. Среди TRIM исключительную роль играет семейство Cassandra, так как оно необычайно широко распространено среди высших растений. В отличие от всех других охарактеризованных TRIM, элементы Cassandra содержат промотор 5S рРНК в своей последовательности LTR. Из-за их небольшой общей длины и относительно большого вклада фланкирующих LTR, TRIM склонны к перегруппировке путем рекомбинации.