Retrotransposon

Zoals LTR retrotransposons bevatten niet-LTR retrotransposons genen voor reverse transcriptase, RNA-bindend eiwit, nuclease, en soms ribonuclease H domein, maar zij missen de lange terminale herhalingen. RNA-bindende proteïnen binden het RNA-transpositie-intermediair en nucleasen zijn enzymen die fosfodiësterbindingen tussen nucleotiden in nucleïnezuren verbreken. In plaats van LTR’s hebben niet-LTR retrotransposons korte herhalingen die een omgekeerde volgorde van basen naast elkaar kunnen hebben, afgezien van de directe herhalingen die in LTR retrotransposons worden gevonden, die slechts één sequentie van basen is die zichzelf herhaalt.

Hoewel zij retrotransposons zijn, kunnen zij geen omgekeerde transcriptie uitvoeren met behulp van een RNA-transpositie-intermediair op dezelfde manier als LTR retrotransposons. Deze twee sleutelcomponenten van het retrotransposon zijn nog steeds noodzakelijk, maar de manier waarop zij in de chemische reacties worden opgenomen is verschillend. Dit komt doordat niet-LTR retrotransposons, in tegenstelling tot LTR retrotransposons, geen sequenties bevatten die tRNA binden.

Zij vallen meestal in twee types uiteen – LINE’s en SINE’s. SVA-elementen vormen de uitzondering tussen de twee, omdat zij overeenkomsten vertonen met zowel LINE’s als SINE’s; zij bevatten Alu-elementen en verschillende aantallen van dezelfde herhaling. SVA’s zijn korter dan LINE’s maar langer dan SINE’s.

Hoewel historisch gezien als “junk DNA”, suggereert onderzoek in sommige gevallen dat zowel LINE’s als SINE’s in nieuwe genen werden opgenomen om nieuwe functies te vormen.

LINE’sEdit

Wanneer een LINE wordt getranscribeerd, bevat het transcript een RNA polymerase II-promotor die ervoor zorgt dat LINE’s kunnen worden gekopieerd op de plaats waar ze zich invoegen. RNA polymerase II is het enzym dat genen in mRNA-transcripten transcribeert. De uiteinden van LINE-transcripten zijn rijk aan meervoudige adeninen, de basen die aan het eind van de transcriptie worden toegevoegd opdat LINE-transcripten niet zouden worden afgebroken. Dit transcript is het RNA-transpositie-intermediair.

Het RNA-transpositie-intermediair verplaatst zich van de kern naar het cytoplasma voor vertaling. Dit levert de twee coderende regio’s van een LINE op, die op zijn beurt weer bindt aan het RNA waaruit het is getranscribeerd. Het LINE RNA gaat dan terug naar de celkern om zich in het eukaryote genoom in te voegen.

LINE’s voegen zich in in regio’s van het eukaryote genoom die rijk zijn aan AT-basen. In AT-gebieden gebruikt LINE zijn nuclease om één streng van het eukaryotisch dubbelstrengs-DNA door te snijden. De adeninerijke sequentie in het LINE-transcript base-paren met de doorgesneden streng om aan te geven waar de LINE met hydroxylgroepen zal worden ingevoegd. Omgekeerd transcriptase herkent deze hydroxylgroepen om LINE retrotransposon te synthetiseren op de plaats waar het DNA wordt doorgesneden. Net als LTR-retrotransposons bevat deze nieuwe ingevoegde LINE informatie over het eukaryotisch genoom, zodat zij gemakkelijk in andere genomische regio’s kan worden gekopieerd en geplakt. De informatiesequenties zijn langer en variabeler dan die in LTR retrotransposons.

De meeste LINE-kopieën hebben een variabele lengte aan het begin omdat de omgekeerde transcriptie gewoonlijk stopt voordat de DNA-synthese is voltooid. In sommige gevallen gaat hierdoor de RNA polymerase II promotor verloren, zodat LINE’s niet verder kunnen transponeren.

Genetische structuur van murine LINE1 en SINE’s. Onder: voorgestelde structuur van L1 RNA-eiwit (RNP) complexen. ORF1-eiwitten vormen trimeren en vertonen RNA-binding en nucleïnezuurchaperonactiviteit.

Menselijk L1Edit

LINE-1 (L1) retrotransposons maken een belangrijk deel uit van het menselijk genoom, met naar schatting 500.000 kopieën per genoom. De transcriptie van genen die coderen voor menselijke LINE1 wordt gewoonlijk geremd door methylgroepen die zich aan het DNA binden, uitgevoerd door PIWI-eiwitten en enzymen DNA-methyltransferases. L1 retrotranspositie kan de aard van de getranscribeerde genen verstoren door zich in of nabij genen te hechten, hetgeen op zijn beurt tot ziekte bij de mens kan leiden. LINE1’s kunnen slechts in bepaalde gevallen retrotransponeren om verschillende chromosoomstructuren te vormen die bijdragen tot verschillen in genetica tussen individuen. Er zijn naar schatting 80-100 actieve L1’s in het referentiegenoom van het Menselijk Genoomproject, en een nog kleiner aantal L1’s binnen die actieve L1’s retrotransporteert vaak. L1-inserties zijn in verband gebracht met tumorigenese door het activeren van kankergerelateerde genen oncogenen en tumorsuppressoren.

Elke menselijke LINE1 bevat twee regio’s van waaruit genproducten kunnen worden gecodeerd. De eerste coderende regio bevat een leucine zipper-eiwit dat betrokken is bij eiwit-eiwitinteracties en een eiwit dat zich bindt aan de terminus van nucleïnezuren. De tweede coderende regio bevat een purine/pyrimidine nuclease, reverse transcriptase en een eiwit dat rijk is aan aminozuren cysteïnen en histidines. Het einde van de menselijke LINE1 is, net als bij andere retrotransposons, rijk aan adenine.

SINEsEdit

SINEs zijn veel korter (300bp) dan LINEs. Zij vertonen overeenkomsten met genen die worden getranscribeerd door RNA polymerase II, het enzym dat genen in mRNA-transcripten omzet, en de initiatiesequentie van RNA polymerase III, het enzym dat genen omzet in ribosomaal RNA, tRNA en andere kleine RNA-moleculen. SINE’s zoals MIR-elementen van zoogdieren hebben tRNA-gen aan het begin en adeninerijke aan het eind, zoals in LINE’s.

SINE’s coderen niet voor een functioneel omgekeerd transcriptase-eiwit en zijn afhankelijk van andere mobiele transposons, vooral LINE’s. SINE’s maken gebruik van LINE-transpositiecomponenten, ondanks het feit dat LINE-bindende proteïnen de voorkeur geven aan binding aan LINE RNA. SINE’s kunnen niet uit zichzelf transponeren omdat zij geen SINE-transcripten kunnen coderen. Zij bestaan gewoonlijk uit delen die zijn afgeleid van tRNA en LINE’s. Het tRNA-gedeelte bevat een RNA-polymerase III-promotor die hetzelfde soort enzym is als RNA-polymerase II. Dit zorgt ervoor dat de LINE-kopieën worden getranscribeerd tot RNA voor verdere transpositie. De LINE component blijft bestaan zodat LINE-bindende proteïnen het LINE deel van de SINE kunnen herkennen.

Alu elementenEdit

Alus zijn de meest voorkomende SINE bij primaten. Zij zijn ongeveer 350 basenparen lang, coderen niet voor eiwitten en kunnen worden herkend door het restrictie-enzym AluI (vandaar de naam). Hun verspreiding kan van belang zijn bij sommige genetische ziekten en kankers. Voor het kopiëren en plakken van Alu RNA moeten het adeninerijke uiteinde van de Alu en de rest van de sequentie aan een signaal gebonden zijn. Het signaal-gebonden Alu kan zich dan met ribosomen associëren. LINE RNA bindt zich aan dezelfde ribosomen als het Alu. Door binding aan hetzelfde ribosoom kunnen Alu’s van SINE’s interageren met LINE. Deze gelijktijdige vertaling van Alu-element en LINE maakt het kopiëren en plakken van SINE’s mogelijk.