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7.15:

Retrotrasposoni non-LTR

JoVE Core
Biologie moléculaire
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JoVE Core Biologie moléculaire
Non-LTR Retrotransposons

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I retrotrasposoni non-LTR sono un tipo di transposoni di classe uno che attualmente rappresentano circa il 17l genoma umano. A differenza dei retrotrasposoni LTR che hanno caratteristiche lunghe ripetizioni terminali, i retrotrasposoni non-LTR ottennero il loro nome dall’assenza di queste caratteristiche. I retrotrasposoni non-LTR sono suddivisi in due categorie:elementi nucleari intercalati lunghi, o LINEs, e elementi nucleari brevi intercalati, o SINEs.Mentre le linee sono autonome e possono codificare le proteine essenziali per la loro mobilizzazione, i SINEs sono retrotrasposoni non autonomi, e richiedono proteine codificate da altri elementi per la loro mobilizzazione. Ad esempio, elementi L1, un tipo di LINE retrotrasposoni e uno dei pochi transposoni autonomi attivi nell’uomo, sono elementi di circa sei Kb contenenti due cornici di lettura aperte. ORF1 codifica per una proteina con legame a RNA e attività chaperone.ORF2 codifica per una proteina con trascrittasi inversa e domini di endonucleasi. Entrambe queste proteine sono essenziali per la mobilizzazione dell’elemento L1.All’interno del nucleo, la RNA polimerasi due trascrivono dapprima l’elemento L1 in un L1 RNA, che viene quindi poliadenilato e trasportato nel citoplasma per essere tradotto in proteine ORF1 e ORF2. Entrambe queste proteine si associano quindi all’RNA L1 per formare una ribonucleoproteina L1, o RNP.La L1 RNP viene importata nuovamente nel nucleo, dove utilizza la sua attività endonucleasica per fare scalfitture sfalsate nel sito bersaglio At-ricco. La trascrittasi inversa utilizza quindi l’estremità libera dei tre primi di uno dei filamenti di DNA come primer per la trascrizione inversa dell’RNA L1.Questo processo è chiamato target-site primed reverse transcription. L’RNA L1 viene quindi digerito, mentre una DNA polimerasi cellulare Inizia ad estendere le tre estremità principali OH del filamento complementare del DNA, utilizzando il filamento di DNA appena sintetizzato come stampo.Infine, le estremità dell’elemento L1 di nuova sintesi sono sigillate dagli enzimi ospiti, con conseguente duplicazione della vista bersaglio. Contrariamente alle LINEs, le SINEs sono solo circa 100 a 400 paia di basi di lunghezza, e non possono codificare le proteine richieste per la loro trasposizione. Tuttavia, la maggior parte degli elementi SINE contiene caratteristiche strutturali, come una sequenza 3 primi AT-ricca, che dopo la trascrizione, gli consente di essere riconosciuti dalle proteinecodificate di LINE.Questo facilita la loro integrazione nel genoma attraverso lo stesso nick e copia processo come elementi di LINE.

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Retrotrasposoni non-LTR

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.

Suggested Reading

  1. Ardeljan, Daniel, Martin S. Taylor, David T. Ting, and Kathleen H. Burns. "The human long interspersed element-1 retrotransposon: an emerging biomarker of neoplasia." Clinical chemistry 63, no. 4 (2017): 816-822.
  2. Sigalotti, Luca, Elisabetta Fratta, Ettore Bidoli, Alessia Covre, Giulia Parisi, Francesca Colizzi, Sandra Coral, Samuele Massarut, John M. Kirkwood, and Michele Maio. "Methylation levels of the" long interspersed nucleotide element-1" repetitive sequences predict survival of melanoma patients." Journal of translational medicine 9, no. 1 (2011): 78.
  3. Kazazian, Haig H., and John V. Moran. "The impact of L1 retrotransposons on the human genome." Nature genetics 19, no. 1 (1998): 19.