Ретрозим
Ретрозимы — семейство ретротранспозонов, впервые обнаруженных в геномах растений. [1] но теперь известен и в геномах животных . [2] Ретрозимы содержат в своих последовательностях рибозим «головка-молот» (HHR) (поэтому название «ретрозим» представляет собой комбинацию ретротранспозона и рибозима «головка-молот» ), хотя они не обладают какими-либо кодирующими областями. Ретрозимы являются неавтономными ретроэлементами и поэтому заимствуют белки у других элементов для перемещения в новые области генома . Ретрозимы активно транскрибируются в ковалентно замкнутые кольцевые РНК (циркулярные РНК или cccRNA) и обнаруживаются в обеих полярностях, что может указывать на использование репликации по катящемуся кругу в их жизненном цикле. [3]
Геномная структура ретрозима у растений включает центральную некодирующую область , которая может простираться примерно на 300–600 нуклеотидов, окруженную длинными концевыми повторами длиной около 300–400 нуклеотидов, содержащими мотив HHR. У них также есть две последовательности ( сайт связывания праймера (PBS), комплементарный последовательности тРНК-Met, и полипуриновый тракт (PPT)), необходимые для запуска синтеза ДНК во время мобилизации. Наиболее отличительной особенностью ретрозима по сравнению с другими элементами геномов растений является рибозим «головка молотка». В остальном они напоминают другие известные особенности геномов растений, такие как ретротранспозоны с терминальными повторами в миниатюре (TRIM) и небольшие ретротранспозоны LTR (SMART). PBS, PPT и мотив HHR являются единственными частями последовательностей ретрозима, которые демонстрируют консервативность и гомологию . [4] В настоящее время считается, что ретрозимы произошли от большого семейства ретротранспозонов, известного у многих эукариот как пенелопоподобные элементы (PLE). Ретрозимы имеют ряд общих особенностей с PLE, включая HHR типа I, возникновение в виде тандемных копий и сосуществование у всех проанализированных на сегодняшний день многоклеточных животных. [2] [4]
В настоящее время известно, что ретрозимы достигают размеров последовательности от 170 нуклеотидов до 1116 нуклеотидов. Меньшие ретрозимы обычно обнаруживаются у беспозвоночных , например, ретрозим длиной 300 нуклеотидов в геноме средиземноморской мидии ( Mytilus Galloprovincialis ). Самый крупный из известных ретрозимов длиной 1116 нт обнаружен в геноме штамма Jatropa curcas . [5]
В настоящее время единственной базой данных по ретрозимам и подобным элементам является ViroidDB, которая в настоящее время содержит последовательности 73 ретрозимов, взятых из базы данных нуклеотидов Национального центра биотехнологической информации . [6] В частности, последовательности ретрозимов изначально были напрямую и отдельно найдены и загружены из GenBank , поскольку ретрозимы в настоящее время не имеют таксономической классификации. [6] Разработан ряд методов исследования ретрозимов в лабораторных условиях. [7]
Черты
[ редактировать ]Ретрозимы по-разному накапливаются в разных тканях растений. Более того, одомашненные эквиваленты некоторых видов растений содержат значительно меньше копий ретрозимов, что указывает на то, что одомашнивание оказывает отрицательное давление отбора на последовательности ретрозимов. Еще одной интересной особенностью ретрозимов растений является их активная транскрипция, хотя большинство ретротранспозонов неактивны. [1]
Самые маленькие из известных ретрозимов обнаружены у беспозвоночных и могут иметь длину от 170 до 400 нуклеотидов. По-видимому, они экспрессируются, по крайней мере, в большинстве типов клеток. Как и в растениях, ретрозимы у животных экспрессируются на высоком уровне как в соматических, так и в половых клетках . Хотя ретрозимы были обнаружены как в линейной, так и в циркулярной форме, уровни циркулярных ретрозимов наблюдались гораздо чаще in vivo , и линейные формы могут быть продуктом саморасщепления мотивом HHR во время репликации или результатом спонтанного разрушения во время очистки. . [2]
Ретрозимы животных имеют несколько отличий от ретрозимов растений. Различные белки циркулируют и обратимо транскрибируют ретрозимы растений и животных во время цикла репликации. Ретрозимы животных лишены всех характерных долгоконцевых повторов, PBS и PPT, известных у растительных ретрозимов. И хотя ретрозимы растений имеют только одну или две копии мотива HHR, ретрозимы животных могут иметь много таких копий. Ретрозимы животных также имеют более мелкие тандемные повторы, которые часто окружены дупликациями целевой стороны (TSD). TSD у животных обычно имеют длину 8–12 п.н., что немного больше, чем у TSD размером 4 п.н., обнаруженных у растений. [8]
Цикл репликации
[ редактировать ]Последовательность ретрозима сначала транскрибируется полимеразой в организме хозяина. Продукт представляет собой олигомерную последовательность РНК, которая представляет собой один транскрипт, содержащий несколько копий последовательности ретрозима. Рибозимный мотив «головка молотка» затем автокаталитически выполняет саморасщепление, разделяя олигомерный транскрипт на несколько мономерных транскриптов, каждый из которых содержит только одну копию последовательности ретрозима. Эта копия является промежуточным продуктом репликационного цикла, содержащим противоположную полярность исходной последовательности с 5'-гидроксильным и 2'-3'-циклическим фосфатным концами. Белок -лигаза в хозяине может затем превратить этот промежуточный продукт в стабильную кольцевую молекулу РНК. У растений эта лигаза представляет собой тРНК-лигазу хлоропластов. Зависимость от тРНК-лигазы хлоропластов для циркуляризации также наблюдается у Avsunviroidae семейства вироидов . У животных лигазой является тРНК-лигаза RtcB. Активность обратной транскриптазы необходима от другого ретротранспозона для генерации соответствующей комплементарной ДНК. ретрозимной РНК, причем полярность этой кДНК соответствует полярности исходной последовательности. Ретрозимы растений и животных используют разные ретротранспозоны для создания копии кДНК своей молекулы РНК. В растениях используются ретротранспозоны LTR семейства Gypsy. Хотя неясно, какой тип ретротранспозонов используется у животных, это могут быть такие классы, как LINE или PLE. После создания копии ДНК последовательность ретрозима имеет возможность повторно встроиться в локусы генома. [2]
Отношения с мобильными генетическими элементами
[ редактировать ]Ретрозимы обладают близким сходством с типами мобильных генетических элементов (MGE), особенно с вироидами , сателлитными РНК (satRNA) и рибозивириями (недавно описанной областью вирусов ). [9] ). Во-первых, мотив рибозима «головка молотка» (HHR) обнаружен во всех этих элементах. Эти элементы также реплицируются посредством репликации по катящемуся кругу , где мотив HHR играет автокалитическую роль, расщепляя кольцевую молекулу РНК в консервативном сайте. Более того, все эти элементы зависят от полимеразы-хозяина, которая транскрибирует их последовательность, и от лигазы, которая рециркулирует их в кольцевую молекулу РНК. Ретрозимы образуют разветвленные конформации, как и некоторые сатРНК и Avsunviroidae (один из двух классов вироидов). [3]
Из-за их простоты многие предположили, что вироиды произошли и являются остатками мира РНК . [10] [11] [12] Другие предположения включают в себя то, что вироиды произошли от других вирусов, выродившихся в размерах и потерявших все гены, кодирующие белки. Эти предложения вызвали ряд проблем. Ограниченный набор вироидов и сателлитных РНК у цветковых растений (ни один из которых не обнаружен у бактерий и архей ) указывает на то, что их происхождение произошло после появления эукариот . [11] Недавние открытия и достижения, связанные с ретрозимами, привели к современной гипотезе о том, что ретрозимы были источником происхождения вироидов и сатРНК. [4] Отношения с рибозивирусами менее однозначны. Рибозивирусы более сложны, чем ретрозимы, вироиды и сателлиты. Это единственный вироидоподобный элемент, содержащий ген, кодирующий белок. Этот ген кодирует капсид , который претерпевает посттрансляционные модификации, образуя различные формы, которые вместе выполняют различные функции в организме хозяина, обеспечивая их жизненный цикл. Более того, рибозивирусы встречаются лишь в редких случаях в животных линиях, тогда как известно, что и вироиды, и сателлитные РНК заразны только у растений. Узкое распространение рибозивирусов у животных в сочетании с убедительными доказательствами происхождения вироидов у растений позволяет предположить, что рибозивирусы являются более новым классом MGE. Рибозивирусы могли возникнуть из вироидов, а затем передаться животным посредством горизонтального переноса генов , в какой-то момент приобретя ген, кодирующий белок. С другой стороны, поскольку ретрозимы известны как у растений, так и у животных, ретрозимы могли независимо давать начало рибозивирусам в линиях животных. [3] Неясно, возникали ли вироиды и другие вироидоподобные элементы из ретрозимов один или несколько раз, и хотя их происхождение вряд ли восходит к миру РНК, некоторые все еще подчеркивают их важность как минимальных репликаторов, близких к теоретическому нижнему пределу размера репликатора. [3]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Сервера, Амелия; Урбина, Денис; де ла Пенья, Маркос (23 июня 2016 г.). «Ретрозимы представляют собой уникальное семейство неавтономных ретротранспозонов с рибозимами в виде головки молотка, которые размножаются в растениях посредством кольцевых РНК» . Геномная биология . 17 (1): 135. дои : 10.1186/s13059-016-1002-4 . ISSN 1474-760X . ПМЦ 4918200 . ПМИД 27339130 .
- ^ Jump up to: а б с д Сервера, Амелия; Пенья, Маркос (21 мая 2020 г.). «Маленькие циркРНК с саморасщепляющимися рибозимами высоко экспрессируются в разнообразных транскриптомах многоклеточных животных» . Исследования нуклеиновых кислот . 48 (9): 5054–5064. дои : 10.1093/nar/gkaa187 . ISSN 0305-1048 . ПМК 7229834 . ПМИД 32198887 .
- ^ Jump up to: а б с д Ли, Бенджамин Д.; Кунин, Евгений В. (12 января 2022 г.). «Вироиды и вироидоподобные кольцевые РНК: происходят ли они от первичных репликаторов?» . Жизнь . 12 (1): 103. doi : 10.3390/life12010103 . ISSN 2075-1729 . ПМЦ 8781251 . ПМИД 35054497 .
- ^ Jump up to: а б с де ла Пенья, Маркос; Сервера, Амелия (3 августа 2017 г.). «Кольцевые РНК с рибозимами в форме головки молотка, закодированные в геномах эукариот: враг дома» . Биология РНК . 14 (8): 985–991. дои : 10.1080/15476286.2017.1321730 . ISSN 1547-6286 . ПМК 5680766 . ПМИД 28448743 .
- ^ «ретрозимы» . ВироидДБ . Проверено 20 января 2022 г.
- ^ Jump up to: а б Ли, Бенджамин Д.; Нери, Ури; О, Калеб Дж.; Симмондс, Питер; Кунин, Евгений В. (07.01.2022). «ViroidDB: база данных вироидов и вироидоподобных кольцевых РНК» . Исследования нуклеиновых кислот . 50 (Д1): Д432–Д438. дои : 10.1093/nar/gkab974 . ISSN 0305-1048 . ПМЦ 8728161 . ПМИД 34751403 .
- ^ Сервера, Амелия; де ла Пенья, Маркос (2021), Скарборо, Роберт Дж; Гатиньоль, Энн (ред.), «Клонирование и обнаружение геномных ретрозимов и их промежуточных звеньев circRNA» , «Рибозимы» , «Методы молекулярной биологии», том. 2167, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer US, стр. 27–44, doi : 10.1007/978-1-0716-0716-9_3 , ISBN. 978-1-0716-0715-2 , PMID 32712913 , S2CID 220797209 , получено 20 января 2022 г.
- ^ де ла Пенья, Маркос (2018), Сяо, Цзюньцзе (редактор), «Биогенез кольцевых РНК у эукариот посредством саморасщепляющихся рибозимов-молотов» , Циркулярные РНК: биогенез и функции , Достижения в экспериментальной медицине и биологии, том. 1087, Сингапур: Springer, стр. 53–63, номер doi : 10.1007/978-981-13-1426-1_5 , ISBN. 978-981-13-1426-1 , PMID 30259357 , получено 20 января 2022 г.
- ^ Хепойоки, Юсси; Хецель, Удо; Параскевопулу, София; Дростен, Кристиан; Балаж Гаррах; Зербини, Франсиско Мурило; Кунин, Евгений В.; Крупович, Март; Доля, Валериан В.; Кун, Йенс Х. (2021). Создайте одно новое царство (Ribozyviria), включающее одно новое семейство (Kolmioviridae), включая род Deltavirus и семь новых родов, всего 15 видов (Отчет). дои : 10.13140/RG.2.2.31235.43041 .
- ^ Динер, TO (01 декабря 1989 г.). «Кольцевые РНК: остатки доклеточной эволюции?» . Труды Национальной академии наук . 86 (23): 9370–9374. Бибкод : 1989PNAS...86.9370D . дои : 10.1073/pnas.86.23.9370 . ISSN 0027-8424 . ПМК 298497 . ПМИД 2480600 .
- ^ Jump up to: а б Динер, Теодор О. (2016). «Вироиды: «живые ископаемые» первичных РНК?» . Биология Директ . 11 (1): 15. дои : 10.1186/s13062-016-0116-7 . ISSN 1745-6150 . ПМЦ 4807594 . ПМИД 27016066 .
- ^ Мёллинг, Карин; Брокер, Феликс (28 марта 2021 г.). «Вироиды и происхождение жизни» . Международный журнал молекулярных наук . 22 (7): 3476. doi : 10.3390/ijms22073476 . ISSN 1422-0067 . ПМЦ 8036462 . ПМИД 33800543 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- ViroidDB — база данных вироидных и вироидоподобных кольцевых РНК.