7.14: Retrotranspozony LTR

Retrotranspozony LTR są elementami transpozycyjnymi klasy I z długimi powtórzeniami końcowymi otaczającymi wewnętrzny region kodujący. Pierwiastki te występują rzadziej u ssaków w porównaniu z innymi elementami transpozycyjnymi klasy I. Około 8 procent ludzkiego genomowego DNA składa się z retrotranspozonów LTR. Niektóre z typowych przykładów retrotranspozonów LTR to elementy Ty w drożdżach i elementy Copia u Drosophila.

Wewnętrzny region kodujący retrotranspozony LTR i mechanizm ich transpozycji bardzo przypomina genom retrowirusa. Potrafią kodować enzymy niezbędne do ich mobilizacji, a także syntetyzować białka strukturalne, tworząc cząsteczkę wirusopodobną. Jednak większości retrotranspozonów LTR brakuje genów umożliwiających syntezę otoczki wirusowej. Dlatego w przeciwieństwie do retrowirusów, które mogą tworzyć zakaźne wiriony i przemieszczać się poziomo z jednej komórki do drugiej, retrotranspozony LTR mogą przemieszczać się tylko z jednego locus do drugiego w genomie pojedynczej komórki.

Jednakże stwierdzono, że niektóre retroelementy LTR mają dodatkową ORF w tej samej pozycji, co gen „env” występujący w genomach retrowirusów, na przykład elementy cygańskie u Drosophila. Elementy te mogą kodować trzy domniemane białka, z których jedno przypomina białko otoczki retrowirusowej, co powoduje powstanie zakaźnej postaci tego pierwiastka.

U ludzi najczęściej wystepujące retrotranspozony LTR nazywane są endogennymi retrowirusami lub ERV. Te ERV są produktami egzogennych infekcji wirusowych przodków w komórkach linii zarodkowej, co prowadzi do ich pionowej transmisji u ludzi. Jednakże w wyniku koewolucji trwającej miliony lat te ERV odgrywają obecnie ważną rolę w fizjologii człowieka, w tym w utrzymaniu pewnych sieci regulacyjnych.

Większość genomów eukariotycznych zawiera unikalną grupę elementów transpozycyjnych zwanych retrotranspozonami lub transpozonami klasy I.

W przeciwieństwie do transpozonów zawierających tylko DNA lub transpozonów klasy II, retrotranspozony wykorzystują mechanizm "kopiuj i wklej" - co oznacza, że kopia transpozonu przemieszcza się do nowego miejsca w genomie.

Istnieją dwa rodzaje retrotranspozonów - retrotranspozony z długim powtórzeniem końcowym lub LTR (LTR) i retrotranspozony inne niż LTR - z których oba wykorzystują różne mechanizmy transpozycji.

Retrotranspozony LTR składają się z regionu kodującego białko o długości 5-7 kb, otoczonego na obu końcach długimi powtórzeniami końcowymi, zwykle o długości 250-600 pz.

Te LTR zawierają sekwencje wzmacniające i promotorowe do transkrypcji.

Region kodujący jest bardzo podobny do genomu retrowirusowego, składającego się z genów ściśle związanych z gag i pol retrowirusów. W związku z tym retrotranspozony LTR są również znane jako retrotranspozony podobne do retrowirusów.

Jednak w przeciwieństwie do retrowirusów, retrotranspozony LTR nie kodują genu "env", a zatem nie mogą tworzyć otoczki wirusa.

Podczas gdy gen pol koduje enzymy, takie jak proteaza, odwrotna transkryptaza, integraza i RNaza H, gen gag koduje białka strukturalne, które mogą tworzyć cząsteczki podobne do wirusa.

Mechanizm transpozycji elementów LTR przypomina również replikację retrowirusową w komórkach gospodarza.

Po pierwsze, polimeraza RNA II komórki gospodarza wiąże się z 5' LTR i zaczyna transkrybować retrotranspozon do pojedynczej nici RNA.

Produkt pośredni RNA jest następnie przetwarzany przez enzymy komórki gospodarza w celu dodania czapeczki 5' i ogona poliA 3'.

Dojrzałe RNA jest następnie transportowane do cytoplazmy i tłumaczone na białka. MRNA i produkty białkowe łączą się następnie w cząsteczkę podobną do wirusa. To właśnie wewnątrz tej wirusopodobnej cząsteczki RNA jest odwrotnie transkrybowane do jednoniciowej kopii DNA.

Następnie następuje degradacja nici RNA przez RNazę H i synteza komplementarnej nici DNA prowadząca do dwuniciowego DNA.

Ten liniowy, dwuniciowy DNA jest wiązany przez integrazę na obu końcach, tworząc stabilny kompleks zwany intasomem, który może być transportowany z powrotem do jądra i wstawiany w nowe miejsce w genomie gospodarza.

Retrotranspozony LTR mogą tworzyć kilka kopii samych siebie w tej samej komórce przy użyciu tego mechanizmu replikacji.