7.15: Nicht-LTR-Retrotransposons

Nicht-LTR-Retrotransposons sind eine Art von Klasse-I-Transposons, die derzeit etwa 17 % des menschlichen Genoms ausmachen. Im Gegensatz zu LTR-Retrotransposons mit ihren charakteristischen langen terminalen Wiederholungen erhalten Nicht-LTR-Retrotransposons ihren Namen durch das Fehlen dieser Motive. Nicht-LTR-Retrotransposons selbst werden in zwei Kategorien unterteilt – Long Interspersed Nuclear Elements (LINEs) und Short Interspersed Nuclear Elements (SINEs).

Während LINEs autonom sind und Proteine kodieren können, die für ihre Mobilisierung essentiell sind, sind SINEs nicht-autonome Retrotransposons und benötigen Proteine, die von anderen Elementen kodiert werden, um sie zu mobilisieren. Zum Beispiel sind L1-Elemente – eine Art LINE-Retrotransposon und eines der wenigen autonomen Transposons, die beim Menschen aktiv sind – etwa 6 KB lange Elemente, die zwei offene Leserahmen enthalten. ORF1 kodiert für ein Protein mit RNA-Bindungs- und Chaperon-Aktivitäten. ORF2 kodiert für ein Protein mit reversen Transkriptase- und Endonuklease-Domänen.

Beide Proteine sind essentiell für die Mobilisierung des L1-Elements. Im Zellkern transkribiert die RNA-Polymerase II zunächst das L1-Element in eine L1-RNA, die dann polyadenyliert und in das Zytoplasma transportiert wird, um dort in die Proteine ORF1 und ORF2 übersetzt zu werden. Beide Proteine assoziieren dann mit der L1-RNA und bilden ein L1-Ribonukleoprotein (RNP). Das L1 RNP wird zurück in den Zellkern importiert, wo es seine Endonuklease-Aktivität nutzt, um gestaffelte Kerben an der AT-reichen Zielstelle zu erzeugen.

Die reverse Transkriptase verwendet dann das lose 3′-Ende eines der DNA-Stränge als Primer für die reverse Transkription der L1-RNA. Dieser Prozess wird als Target-Site Primed Reverse Transkription bezeichnet. Die L1-RNA wird dann verdaut, während eine zelluläre DNA-Polymerase beginnt, das 3′-OH-Ende des komplementären DNA-Strangs zu verlängern, wobei der neu synthetisierte DNA-Strang als Matrize dient. Schließlich werden die Enden des neu synthetisierten L1-Elements von den Wirtsenzymen versiegelt – was zu einer Duplikation an der Zielstelle führt.

Im Gegensatz zu LINEs sind SINEs nur etwa 100-400 bp lang und können keine Proteine kodieren, die für ihre Transposition benötigt werden. Die meisten SINE-Elemente enthalten jedoch strukturelle Merkmale wie eine 3′-AT-reiche Sequenz, die es ihnen ermöglicht, nach der Transkription von den LINE-kodierten Proteinen erkannt zu werden. Dies erleichtert ihre Integration in das Genom über den gleichen Nick-and-Copy-Prozess wie bei LINE-Elementen.