As the name suggests, non-LTR retrotransposons lack the long terminal repeats characteristic of the LTR retrotransposons. Additionally, both LTR and non-LTR retrotransposons use distinct mechanisms of mobilization. Non-LTR retrotransposons are further divided into two classes – Long interspersed nuclear elements (LINEs) and short interspersed nuclear elements (SINEs), both of which occur abundantly in most mammals, including humans. Some of the active non-LTR retrotransposons in humans are L1 elements (LINE) and the Alu elements (SINE).
Transposition is typically a chance occurrence, which means the location where the transposable element is inserted is random. Transposons that are randomly inserted into genes can interfere with gene expression and cause genetic dysfunctions. A classic example is the insertion of the L1 retrotransposon into the factor VIII gene that causes hemophilia. L1 integration in the tumor suppressor gene Adenomatous polyposis coli (APC) has also been found in colon cancer patients. The SINE element Alu causes chromosomal aberrations and also has been linked to congenital defects like neurofibromatosis.
The cellular mechanism for repression of retrotransposons involves chemical modifications such as methylation of LINE elements or producing truncated retrotransposons. The vast majority of LINE and SINE elements in the human genome are truncated at their 5’ end due to erroneous reverse transcription. Such retrotransposons are usually silent, meaning they do not affect gene expression after insertion.
The occurrence of retrotransposons in cancerous cells has been exploited to develop retrotransposons like L1, as cancer biomarkers. It has been observed that methylation of L1 is significantly reduced in cancerous cells. This type of hypomethylation leads to genomic instability. Hypomethylated L1 levels have been investigated as biomarkers for malignancies like breast, colon, and skin cancer.
Non-LTR retrotransposons는 현재 인간 게놈의 약 17%를 차지하는 class I transposon의 한 유형입니다. 특징적인 긴 말단 반복을 가진 LTR 레트로트랜스포손과 달리, 비 LTR 레트로트랜스포손은 이러한 모티프가 없기 때문에 이름이 붙여졌습니다. Non-LTR retrotransposons는 그 자체로 Long Interspersed Nuclear Elements (LINEs)와 Short Interspersed Nuclear Elements (SINEs)의 두 가지 범주로 세분됩니다.
LINE은 자율적이며 동원에 필수적인 단백질을 인코딩할 수 있는 반면, SINE는 비자율적 레트로트랜스포손(retrotransposon)이며 동원을 위해 다른 원소에 의해 암호화된 단백질이 필요합니다. 예를 들어, LINE 레트로트랜스포손의 일종이자 인간에서 활동하는 몇 안 되는 자율 트랜스포손 중 하나인 L1 요소는 두 개의 열린 판독 프레임을 포함하는 약 6kb 길이의 요소입니다. ORF1은 RNA 결합 및 샤페론 활성을 가진 단백질을 암호화합니다. ORF2는 역전사효소(reverse transcriptase) 및 엔도뉴클레아제 도메인(endonuclease domain)이 있는 단백질을 암호화합니다.
이 두 단백질은 모두 L1 요소의 동원에 필수적입니다. 핵 내부에서 RNA 중합효소 II는 먼저 L1 요소를 L1 RNA로 전사한 다음 폴리아데닐화되어 세포질로 운반되어 ORF1 및 ORF2 단백질로 번역됩니다. 그런 다음 이 두 단백질은 L1 RNA와 결합하여 L1 리보핵단백질(RNP)을 형성합니다. L1 RNP는 핵으로 다시 가져와 엔도뉴클레아제 활성을 사용하여 AT rich target site에서 엇갈린 nicks를 만듭니다.
그런 다음 역전사 효소는 DNA 가닥 중 하나의 느슨한 3′ 끝을 L1 RNA의 역전사를 위한 프라이머로 사용합니다. 이 과정을 타겟 부위 프라이밍 역전사(target-site primed reverse transcription)라고 합니다. 그런 다음 세포 DNA 중합효소가 새로 합성된 DNA 가닥을 주형으로 사용하여 상보적 DNA 가닥의 3′ OH 말단을 확장하기 시작하는 동안 L1 RNA가 소화됩니다. 마지막으로, 새로 합성된 L1 요소의 말단은 숙주 효소에 의해 밀봉되어 표적 부위 중복이 발생합니다.
LINE과 달리 SINE은 길이가 약 100-400bp에 불과하며 전위에 필요한 단백질을 인코딩할 수 없습니다. 그러나 대부분의 SINE 원소에는 전사 시 LINE 인코딩 단백질로 인식할 수 있는 3′ AT가 풍부한 염기서열과 같은 구조적 특징이 포함되어 있습니다. 이것은 LINE 요소와 동일한 nick-and-copy 프로세스를 통해 게놈에 쉽게 통합할 수 있습니다.
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