Длинный вкрапленный ядерный элемент
Длинные вкрапления ядерных элементов ( ЛИНИИ ) [1] (также известные как длинные вкрапления нуклеотидных элементов [2] или длинные вкрапления элементов [3] ) — группа без LTR ( длинных концевых повторов ), ретротранспозонов широко распространённых в геноме многих эукариот . [4] [5] LINE содержат внутренний промотор Pol II для инициации транскрипции в мРНК и кодируют один или два белка, ORF1 и ORF2. [6] Функциональные домены, присутствующие в ORF1, сильно различаются в зависимости от LINE, но часто проявляют активность связывания РНК/ДНК. ORF2 необходим для успешной ретротранспозиции и кодирует белок, обладающий как обратной транскриптазной, так и эндонуклеазной активностью. [7]
ЛИНИИ являются наиболее распространенным мобильным элементом в геноме человека . [8] примерно 20,7% последовательностей идентифицированы как производные от LINE. Единственная активная линия LINE, обнаруженная у людей, принадлежит к классу LINE-1 и называется L1H. [9] Геном человека содержит около 100 000 укороченных и 4 000 полноразмерных элементов LINE-1. [10] Из-за накопления случайных мутаций последовательность многих LINE выродилась до такой степени, что они больше не транскрибируются и не транслируются. Сравнение последовательностей ДНК LINE можно использовать для датировки вставок транспозонов в геном.
История открытия
[ редактировать ]Первое описание последовательности, полученной из LINE, длиной примерно 6,4 т.п.н. было опубликовано J. Adams et al. в 1980 году. [11]
Классификация ЛИНИЙ
[ редактировать ]На основании структурных особенностей и филогении незаменимого белка ORF2p LINE можно разделить на шесть основных групп, называемых R2, RanI, L1, RTE, I и Jockey. Эти группы можно далее подразделить как минимум на 28 клад. [12]
В геномах растений пока описаны только LINE клады L1 и RTE. [13] [14] [15] В то время как элементы L1 диверсифицируются на несколько субкладов, LINE типа RTE высококонсервативны и часто составляют одно семейство. [16] [17]
У грибов идентифицированы элементы Tad, L1, CRE, Deceiver и Inkcap-подобные элементы. [18] при этом Tad-подобные элементы появляются исключительно в геномах грибов. [19]
Все LINE кодируют по крайней мере один белок, ORF2, который содержит RT и домен эндонуклеазы (EN), либо N-концевой APE , либо C-концевой RLE, либо, реже, оба. рибонуклеазы H. Иногда присутствует домен За исключением эволюционных древних суперсемейств R2 и RTE, LINE обычно кодируют другой белок под названием ORF1, который может содержать Gag-knuckle , L1-подобный RRM ( InterPro : IPR035300 ) и/или эстеразу. Элементы LINE относительно редки по сравнению с LTR-ретротранспозонами у растений, грибов или насекомых, но доминируют у позвоночных и особенно у млекопитающих, где они составляют около 20% генома. [12] : инжир. 1
Элементы L1
[ редактировать ]Элемент LINE-1/L1 является одним из элементов, которые до сих пор активны в геноме человека. Встречается у всех териевых млекопитающих. [20] [21] кроме мегабатов . [22]
Другие элементы
[ редактировать ]Остатки элементов L2 и L3 обнаружены в геноме человека. [23] Предполагается, что элементы L2 и L3 были активны примерно 200–300 миллионов лет назад. Из-за возраста элементов L2, обнаруженных в териальных геномах, у них отсутствуют дупликации фланкирующих целевых сайтов. [24] Элементы L2 (и L3) относятся к той же группе, что и клада CR1, Жокей. [25]
Заболеваемость
[ редактировать ]В человеческом
[ редактировать ]В первом проекте генома человека доля LINE-элементов генома человека была указана как 21%, а их число копий - 850 000. Из них элементы L1 , L2 и L3 составили 516 000, 315 000 и 37 000 копий соответственно. Неавтономные элементы SINE , распространение которых зависит от элементов L1 , составляют 13% человеческого генома и имеют число копий около 1,5 миллиона. [23] Вероятно, они произошли из семейства LINE RTE. [26] Недавние оценки показывают, что типичный геном человека содержит в среднем 100 элементов L1 с потенциалом для мобилизации, однако существует значительное количество вариаций, и некоторые люди могут содержать большее количество активных элементов L1, что делает этих людей более склонными к L1-индуцированному мутагенезу. [27]
Повышенное количество копий L1 также было обнаружено в мозгу людей, страдающих шизофренией, что указывает на то, что элементы LINE могут играть роль в некоторых заболеваниях нейронов. [28]
Распространение
[ редактировать ]Элементы LINE размножаются с помощью так называемого механизма обратной транскрипции с целевой праймацией (TPRT), который впервые был описан для элемента R2 тутового шелкопряда Bombyx mori .
Белки ORF2 (и ORF1, если они присутствуют) в первую очередь связываются в цис-системе с кодирующей их мРНК , образуя комплекс рибонуклеопротеина (RNP), вероятно, состоящий из двух ORF2 и неизвестного количества тримеров ORF1. [29] Комплекс транспортируется обратно в ядро , где эндонуклеазный домен ORF2 открывает ДНК (по гексануклеотидным мотивам TTAAAA у млекопитающих [30] ). Таким образом, 3'-ОН-группа освобождается для обратной транскриптазы, которая запускает обратную транскрипцию транскрипта РНК LINE. После обратной транскрипции целевая цепь расщепляется, и вновь созданная кДНК интегрируется. [31]
Новые вставки создают дупликации коротких целевых сайтов (TSD), и большинство новых вставок сильно усечены с 5'-конца (средний размер вставки у человека 900 п.н.) и часто инвертированы (Szak et al., 2002). Поскольку у них отсутствует 5'UTR, большинство новых вставок нефункциональны.
Регулирование деятельности LINE
[ редактировать ]Было показано, что клетки-хозяева регулируют активность ретротранспозиции L1, например, посредством эпигенетического молчания.Например, РНК-интерференции (RNAi) механизм малых интерферирующих РНК, полученных из последовательностей L1, может вызывать подавление ретротранспозиции L1 . [32]
В геномах растений эпигенетическая модификация LINE может привести к изменениям экспрессии близлежащих генов и даже к фенотипическим изменениям: в геноме масличной пальмы метилирование LINE типа Карма лежит в основе сомаклонального, «мантального» варианта этого растения, ответственного за радикальные изменения. потеря урожайности. [33]
человека ограничении элементов LINE-1, которое происходит из-за взаимодействия между A3C с ORF1p, которое влияет на активность обратной транскриптазы. APOBEC3C Сообщалось о опосредованном [34]
Ассоциация с болезнью
[ редактировать ]Историческим примером заболевания, вызываемого L1, является гемофилия А, вызываемая инсерционным мутагенезом . [35] Существует около 100 примеров известных заболеваний, вызванных вставками ретроэлементов, включая некоторые виды рака и неврологические расстройства. [36] о корреляции между мобилизацией L1 Сообщалось и онкогенезом при раке эпителиальных клеток ( карциноме ). [37] Гипометилирование LINES связано с хромосомной нестабильностью и изменением экспрессии генов. [38] и обнаруживается в различных типах раковых клеток в различных типах тканей. [39] [38] Гипометилирование специфического L1, расположенного в онкогене MET, связано с онкогенезом рака мочевого пузыря. [40] Нарушение сна при сменной работе [41] связано с повышенным риском развития рака, поскольку воздействие света в ночное время снижает уровень мелатонина , гормона, который, как было показано, снижает нестабильность генома, вызванную L1 . [42]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Юинг А.Д., Казазян Х.Х. (июнь 2011 г.). «Полногеномное повторное секвенирование позволяет обнаружить многие редкие аллели вставок LINE-1 у людей» . Геномные исследования . 21 (6): 985–990. дои : 10.1101/гр.114777.110 . ПМК 3106331 . ПМИД 20980553 .
- ^ Хуан Икс, Су Г, Ван З, Шангуань С, Цуй Икс, Чжу Дж и др. (март 2014 г.). «Гипометилирование длинного вкрапленного нуклеотидного элемента-1 в периферических мононуклеарных клетках ювенильных пациентов с системной красной волчанкой в Китае». Международный журнал ревматических заболеваний . 17 (3): 280–290. дои : 10.1111/1756-185X.12239 . ПМИД 24330152 . S2CID 6530689 .
- ^ Родич Н., Бернс К.Х. (март 2013 г.). «Длинный вкрапленный элемент-1 (ЛИНИЯ-1): пассажир или водитель в новообразованиях человека?» . ПЛОС Генетика . 9 (3): e1003402. дои : 10.1371/journal.pgen.1003402 . ПМК 3610623 . ПМИД 23555307 .
- ^ Певица М.Ф. (март 1982 г.). «SINE и LINE: сильно повторяющиеся короткие и длинные вкрапленные последовательности в геномах млекопитающих». Клетка . 28 (3): 433–434. дои : 10.1016/0092-8674(82)90194-5 . ПМИД 6280868 . S2CID 22129236 .
- ^ Юрка Дж. (июнь 1998 г.). «Повторения в геномной ДНК: добыча и значение». Современное мнение в области структурной биологии . 8 (3): 333–337. дои : 10.1016/S0959-440X(98)80067-5 . ПМИД 9666329 .
- ^ Фэн Кью, Моран Дж.В., Казазиан Х.Х., Буке Дж.Д. (ноябрь 1996 г.). «Ретротранспозон L1 человека кодирует консервативную эндонуклеазу, необходимую для ретротранспозиции» . Клетка . 87 (5): 905–916. дои : 10.1016/s0092-8674(00)81997-2 . ПМИД 8945517 . S2CID 17897241 .
- ^ Эйкбуш Т.Д., Джамбурутугода В.К. (июнь 2008 г.). «Многообразие ретротранспозонов и свойства их обратных транскриптаз» . Вирусные исследования . 134 (1–2): 221–234. doi : 10.1016/j.virusres.2007.12.010 . ПМЦ 2695964 . ПМИД 18261821 .
- ^ Нурк С., Корен С., Ри А., Раутиайнен М., Бзикадзе А.В., Михеенко А. и др. (апрель 2022 г.). «Полная последовательность человеческого генома» . Наука . 376 (6588): 44–53. Бибкод : 2022Sci...376...44N . дои : 10.1126/science.abj6987 . ПМЦ 9186530 . ПМИД 35357919 .
- ^ Макмиллан Дж.П., Сингер М.Ф. (декабрь 1993 г.). «Трансляция человеческого элемента LINE-1, L1Hs» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 90 (24): 11533–11537. Бибкод : 1993PNAS...9011533M . дои : 10.1073/pnas.90.24.11533 . ПМК 48018 . ПМИД 8265584 .
- ^ Шин Ф.М., Шерри С.Т., Риш Г.М., Робишо М., Насидзе И., Стоункинг М. и др. (октябрь 2000 г.). «Чтение между LINE: вариации генома человека, вызванные ретротранспозицией LINE-1» . Геномные исследования . 10 (10): 1496–1508. дои : 10.1101/гр.149400 . ПМК 310943 . ПМИД 11042149 .
- ^ Адамс Дж.В., Кауфман Р.Э., Кречмер П.Дж., Харрисон М., Ниенхейс А.В. (декабрь 1980 г.). «Семейство длинных повторяющихся последовательностей ДНК, одна копия которых находится рядом с геном бета-глобина человека» . Исследования нуклеиновых кислот . 8 (24): 6113–6128. дои : 10.1093/нар/8.24.6113 . ПМК 328076 . ПМИД 6258162 .
- ^ Jump up to: а б Капитонов В.В., Темпель С., Юрка Дж. (декабрь 2009 г.). «Простая и быстрая классификация ретротранспозонов, не относящихся к LTR, на основе филогении их белковых последовательностей домена RT» . Джин . 448 (2): 207–213. дои : 10.1016/j.gene.2009.07.019 . ПМЦ 2829327 . ПМИД 19651192 .
- ^ Хейткам Т., Шмидт Т. (сентябрь 2009 г.). «BNR — семейство LINE из Beta vulgaris — содержит домен RRM в открытой рамке считывания 1 и определяет субклад L1, присутствующий в различных геномах растений» . Заводской журнал . 59 (6): 872–882. дои : 10.1111/j.1365-313x.2009.03923.x . ПМИД 19473321 .
- ^ Зупунски В., Губенсек Ф., Кордис Д. (октябрь 2001 г.). «Эволюционная динамика и история эволюции в кладе RTE ретротранспозонов, не относящихся к LTR» . Молекулярная биология и эволюция . 18 (10): 1849–1863. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a003727 . ПМИД 11557792 .
- ^ Комацу М., Симамото К., Кёдзука Дж. (август 2003 г.). «Двухэтапная регуляция и непрерывная ретротранспозиция ретротранспозона риса LINE-типа Карма» . Растительная клетка . 15 (8): 1934–1944. дои : 10.1105/tpc.011809 . ПМК 167180 . ПМИД 12897263 .
- ^ Хейткам Т., Холтгреве Д., Дом Дж.К., Миноче А.Е., Химмельбауэр Х., Вайсшаар Б., Шмидт Т. (август 2014 г.). «Профилирование широко разнообразных LINE растений выявляет отдельные субклады, специфичные для растений» . Заводской журнал . 79 (3): 385–397. дои : 10.1111/tpj.12565 . ПМИД 24862340 .
- ^ Смышляев Г., Фойгт Ф., Блинов А., Барабас О., Новикова О. (декабрь 2013 г.). «Приобретение археоподобного домена рибонуклеазы H ретротранспозонами L1 растений поддерживает модульную эволюцию» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (50): 20140–20145. Бибкод : 2013PNAS..11020140S . дои : 10.1073/pnas.1310958110 . ПМЦ 3864347 . ПМИД 24277848 .
- ^ Новикова О., Фет В., Блинов А. (февраль 2009 г.). «Ретротранспозоны, не относящиеся к LTR, у грибов». Функциональная и интегративная геномика . 9 (1): 27–42. дои : 10.1007/s10142-008-0093-8 . ПМИД 18677522 . S2CID 23319640 .
- ^ Малик Х.С., Берк В.Д., Эйкбуш Т.Д. (июнь 1999 г.). «Возраст и эволюция ретромобильных элементов, не относящихся к LTR» . Молекулярная биология и эволюция . 16 (6): 793–805. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a026164 . ПМИД 10368957 .
- ^ Уоррен В.К., Хиллиер Л.В., Маршалл Грейвс Дж.А., Бирни Э. , Понтинг К.П. , Грюцнер Ф. и др. (май 2008 г.). «Анализ генома утконоса выявил уникальные признаки эволюции» . Природа . 453 (7192): 175–183. Бибкод : 2008Natur.453..175W . дои : 10.1038/nature06936 . ПМК 2803040 . ПМИД 18464734 .
- ^ Иванцевич А.М., Корчак Р.Д., Бертоцци Т., Адельсон Д.Л. (июль 2018 г.). «Горизонтальный перенос ретротранспозонов BovB и L1 у эукариот» . Геномная биология . 19 (1): 85. дои : 10.1186/s13059-018-1456-7 . ПМК 6036668 . ПМИД 29983116 .
- ^ Смит Дж. Д., Грегори Т. Р. (июнь 2009 г.). «Размеры генома летучих мышей (Chiroptera: Pteropodidae) чрезвычайно ограничены» . Письма по биологии . 5 (3): 347–351. дои : 10.1098/rsbl.2009.0016 . ПМЦ 2679926 . ПМИД 19324635 .
- ^ Jump up to: а б Ландер Э.С., Линтон Л.М., Биррен Б., Нусбаум С., Зоди М.К., Болдуин Дж. и др. (февраль 2001 г.). «Первичное секвенирование и анализ генома человека» . Природа . 409 (6822): 860–921. Бибкод : 2001Natur.409..860L . дои : 10.1038/35057062 . hdl : 2027.42/62798 . ПМИД 11237011 .
- ^ Капитонов В.В., Павличек А., Юрка Дж. (январь 2006 г.). «Антология повторяющейся ДНК человека». Энциклопедия молекулярно-клеточной биологии и молекулярной медицины . Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. дои : 10.1002/3527600906.mcb.200300166 . ISBN 9783527600908 .
- ^ Ловсин Н., Губенсек Ф., Корди Д. (декабрь 2001 г.). «Эволюционная динамика новой клады L2 ретротранспозонов, не относящихся к LTR, у дейтеростомии» . Молекулярная биология и эволюция . 18 (12): 2213–2224. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a003768 . ПМИД 11719571 .
- ^ Малик HS, Эйкбуш TH (сентябрь 1998 г.). «Класс RTE ретротранспозонов, не относящихся к LTR, широко распространен у животных и является источником многих SINE» . Молекулярная биология и эволюция . 15 (9): 1123–1134. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a026020 . ПМИД 9729877 .
- ^ Стрева В.А., Джордан В.Е., Линкер С., Хеджес DJ, Батцер М.А., Дейнингер П.Л. (март 2015 г.). «Секвенирование, идентификация и картирование праймированных элементов L1 (SIMPLE) выявляет значительные различия в полноразмерных элементах L1 между людьми» . БМК Геномика . 16 (1): 220. дои : 10.1186/s12864-015-1374-y . ПМЦ 4381410 . ПМИД 25887476 .
- ^ Бундо М., Тоёшима М., Окада Ю., Акамацу В., Уэда Дж., Немото-Мияучи Т. и др. (январь 2014 г.). «Увеличенная ретротранспозиция l1 в геноме нейронов при шизофрении» . Нейрон . 81 (2): 306–313. дои : 10.1016/j.neuron.2013.10.053 . ПМИД 24389010 .
- ^ Бабушок Д.В., Остертаг Э.М., Кортни К.Э., Чой Дж.М., Казазян Х.Х. (февраль 2006 г.). «Интеграция L1 в модели трансгенной мыши» . Геномные исследования . 16 (2): 240–250. дои : 10.1101/гр.4571606 . ПМК 1361720 . ПМИД 16365384 .
- ^ Юрка Дж. (март 1997 г.). «Схемы последовательностей указывают на участие ферментов в интеграции ретропозонов млекопитающих» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 94 (5): 1872–1877. Бибкод : 1997PNAS...94.1872J . дои : 10.1073/pnas.94.5.1872 . ЧВК 20010 . ПМИД 9050872 .
- ^ Луан Д.Д., Корман М.Х., Якубчак Дж.Л., Эйкбуш Т.Д. (февраль 1993 г.). «Обратная транскрипция РНК R2Bm инициируется разрывом в хромосомном целевом сайте: механизм ретротранспозиции без LTR». Клетка . 72 (4): 595–605. дои : 10.1016/0092-8674(93)90078-5 . ПМИД 7679954 . S2CID 42587840 .
- ^ Ян Н., Казазян Х.Х. (сентябрь 2006 г.). «Ретротранспозиция L1 подавляется эндогенно кодируемыми малыми интерферирующими РНК в культивируемых клетках человека». Структурная и молекулярная биология природы . 13 (9): 763–771. дои : 10.1038/nsmb1141 . ПМИД 16936727 . S2CID 32601334 .
- ^ Онг-Абдулла М., Ордвей Дж.М., Цзян Н., Оой С.Е., Кок С.Ю., Сарпан Н. и др. (сентябрь 2015 г.). «Потеря метилирования транспозона Карма лежит в основе скрытого сомаклонального варианта масличной пальмы» . Природа . 525 (7570): 533–537. Бибкод : 2015Natur.525..533O . дои : 10.1038/nature15365 . ПМЦ 4857894 . ПМИД 26352475 .
- ^ Хорн А.В., Клавиттер С., Хелд У., Бергер А., Васудеван А.А., Бок А. и др. (январь 2014 г.). «Ограничение LINE-1 человека с помощью APOBEC3C не зависит от деаминазы и опосредовано взаимодействием ORF1p, которое влияет на активность обратной транскриптазы LINE» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (1): 396–416. дои : 10.1093/nar/gkt898 . ПМЦ 3874205 . ПМИД 24101588 .
- ^ Казазян Х.Х., Вонг С., Юсуфян Х., Скотт А.Ф., Филлипс Д.Г., Антонаракис С.Е. (март 1988 г.). «Гемофилия А, возникающая в результате вставки последовательностей L1 de novo, представляет собой новый механизм мутации у человека». Природа . 332 (6160): 164–166. Бибкод : 1988Natur.332..164K . дои : 10.1038/332164a0 . ПМИД 2831458 . S2CID 4259071 .
- ^ Шойом С., Казазян Х.Х. (февраль 2012 г.). «Мобильные элементы в геноме человека: значение для болезней» . Геномная медицина . 4 (2): 12. дои : 10,1186/gm311 . ПМК 3392758 . ПМИД 22364178 .
- ^ Каррейра П.Е., Ричардсон С.Р., Фолкнер Г.Дж. (январь 2014 г.). «Ретротранспозоны L1, раковые стволовые клетки и онкогенез» . Журнал ФЭБС . 281 (1): 63–73. дои : 10.1111/февраль 12601 . ПМК 4160015 . ПМИД 24286172 .
- ^ Jump up to: а б Киткумторн Н., Мутирангура А (август 2011 г.). «Длительное вкрапление гипометилирования ядерного элемента-1 при раке: биология и клиническое применение» . Клиническая эпигенетика . 2 (2): 315–330. дои : 10.1007/s13148-011-0032-8 . ПМЦ 3365388 . ПМИД 22704344 .
- ^ Эстесио М.Р., Гарибян В., Шен Л., Ибрагим А.Е., Доши К., Хе Р. и др. (май 2007 г.). «Гипометилирование LINE-1 при раке сильно варьирует и обратно коррелирует с микросателлитной нестабильностью» . ПЛОС ОДИН . 2 (5): е399. Бибкод : 2007PLoSO...2..399E . дои : 10.1371/journal.pone.0000399 . ПМК 1851990 . ПМИД 17476321 .
- ^ Вольф Э.М., Бьюн Х.М., Хан Х.Ф., Шарма С., Николс П.В., Зигмунд К.Д. и др. (апрель 2010 г.). «Гипометилирование промотора LINE-1 активирует альтернативный транскрипт онкогена MET в мочевом пузыре с раком» . ПЛОС Генетика . 6 (4): e1000917. дои : 10.1371/journal.pgen.1000917 . ПМЦ 2858672 . ПМИД 20421991 .
- ^ Спадафора C (апрель 2015 г.). «Зависимый от обратной транскриптазы регуляторный механизм, кодируемый LINE-1, активен в эмбриогенезе и онкогенезе». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 1341 (1): 164–171. Бибкод : 2015NYASA1341..164S . дои : 10.1111/nyas.12637 . ПМИД 25586649 . S2CID 22881053 .
- ^ деХаро Д., Кинс К.Дж., Соколовски М., Даучи Р.Т., Стрева В.А., Хилл С.М. и др. (июль 2014 г.). «Регуляция экспрессии L1 и ретротранспозиции мелатонином и его рецептором: влияние на риск рака, связанный с воздействием света в ночное время» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (12): 7694–7707. дои : 10.1093/nar/gku503 . ПМК 4081101 . ПМИД 24914052 .