Långt insprängt kärnämne

Långt interspersed nukleärt element
Kristallstruktur av målendonukleaset av det mänskliga LINE-1 retrotransposon
Identifiers
Symbol	LINJE

Genetisk struktur av murina LINE1 och SINEs . Nederst: föreslagen struktur för L1 RNA-protein (RNP) komplex. ORF1-proteiner bildar trimerer, som uppvisar RNA-bindning och nukleinsyrachaperonaktivitet.

Långa interspersed nuclear elements ( LINEs ) (även kända som långa interspersed nucleotide elements eller long interspersed elements ) är en grupp icke-LTR ( long terminal repeat ) retrotransposoner som är utbredda i genomet hos många eukaryoter . De utgör cirka 21,1% av det mänskliga genomet . LINEs utgör en familj av transposoner , där varje LINE är cirka 7 000 baspar lång. LINEs transkriberas till mRNA och översätts till protein som fungerar som ett omvänt transkriptas . Det omvända transkriptaset gör en DNA-kopia av LINE-RNA:t som kan integreras i genomet på en ny plats.

Den enda rikliga LINE i människor är LINE1 . Det mänskliga genomet innehåller uppskattningsvis 100 000 trunkerade och 4 000 fullängds LINE-1-element. På grund av ackumuleringen av slumpmässiga mutationer har sekvensen av många LINE:er degenererats till den grad att de inte längre transkriberas eller översätts. Jämförelser av LINE DNA-sekvenser kan användas för att datera transposoninsättning i genomet.

Upptäcktshistoria

Den första beskrivningen av en ungefär 6,4 kb lång LINE-härledd sekvens publicerades av J. Adams et al. år 1980.

Typer

Baserat på strukturella egenskaper och fylogenin av dess nyckelenzym, omvänt transkriptas (RT), grupperas LINEs i fem huvudgrupper, kallade L1, RTE, R2, I och Jockey, som kan delas in i minst 28 clades.

I växtgenom har hittills endast LINEs av L1- och RTE-kladen rapporterats. Medan L1-element diversifierar sig i flera undergrupper, är RTE-typ LINE:er mycket konserverade och utgör ofta en enda familj.

I svampar har Tad, L1, CRE, Deceiver och Inkcap-liknande element identifierats, med Tad-liknande element som uteslutande förekommer i svampens genom.

Alla LINE kodar för minst ett protein, ORF2, som innehåller en RT- och en endonukleasdomän (EN), antingen en N-terminal APE eller en C-terminal RLE eller sällan båda. En ribonukleas H- domän är ibland närvarande. Förutom de evolutionära forntida R2- och RTE-superfamiljerna, kodar LINEs vanligtvis för ett annat protein som heter ORF1, som kan innehålla en Gag-knuckle , en L1-liknande RRM ( InterPro : IPR035300 ) och/eller ett esteras. LINE-element är relativt sällsynta jämfört med LTR-retrotransposoner i växter, svampar eller insekter, men är dominerande hos ryggradsdjur och speciellt hos däggdjur, där de representerar cirka 20 % av genomet.

L1 element

Huvudartikel: LINE1

LINE -1/L1 -elementet är ett av de element som fortfarande är aktiva i det mänskliga genomet idag. Den finns hos alla däggdjur utom megabats .

Andra element

Rester av L2- och L3-element finns i det mänskliga genomet. Det uppskattas att L2 och L3 element var aktiva för ~200-300 miljoner år sedan. Till skillnad från L1-element saknar L2-element flankerande målplatsdupliceringar. L2 (och L3) elementen är i samma grupp som CR1 clade, Jockey.

Frekvens

Hos människan

I det första utkastet till det mänskliga genomet angavs andelen LINE-element i det mänskliga genomet till 21 % och deras kopianummer till 850 000. Av dessa utgjorde L1 , L2 och L3 element 516 000, 315 000 respektive 37 000 exemplar. De icke-autonoma SINE -elementen som är beroende av L1 -element för sin spridning utgör 13 % av det mänskliga genomet och har ett antal kopior på cirka 1,5 miljoner. De härstammar troligen från RTE-familjen av LINEs. Nya uppskattningar visar att det typiska mänskliga genomet innehåller i genomsnitt 100 L1-element med potential för mobilisering, men det finns en hel del variation och vissa individer kan innehålla ett större antal aktiva L1-element, vilket gör dessa individer mer benägna att L1-inducerad mutagenes.

Ökat antal L1 -kopior har också hittats i hjärnan hos personer med schizofreni, vilket indikerar att LINE-element kan spela en roll i vissa neuronala sjukdomar.

Mekanism för målprimad omvänd transkription (TPRT), direkt vid integrationsstället: L1 RNP känner igen AAAATT-hexanukleotider och ORF2-endonukleasaktivitet klyver DNA:s första sträng. L1 polyA svans associerar med TTTT överhäng och värd DNA används som en primer för att initiera omvänd transkription. ORF2 förmedlar troligen också andra-strängsklyvning och vidhäftning av nysyntetiserat cDNA till DNA-mallen, genom att återigen använda värd-DNA som en primer för andra-strängssyntes.

Fortplantning

LINE-element fortplantar sig med en så kallad target-primed omvänd transkriptionsmekanism (TPRT), som först beskrevs för R2 -elementet från silkesmasken Bombyx mori .

ORF2 (och ORF1 när närvarande) proteiner associerar primärt i cis med deras kodande mRNA , och bildar ett ribonukleoprotein (RNP) komplex, troligtvis sammansatt av två ORF2 och ett okänt antal ORF1 trimerer. Komplexet transporteras tillbaka in i kärnan , där ORF2-endonukleasdomänen öppnar DNA:t (vid TTAAAA-hexanukleotidmotiv hos däggdjur). Således frigörs en 3'OH-grupp för det omvända transkriptaset för att initiera omvänd transkription av LINE RNA-transkriptet. Efter den omvända transkriptionen klyvs målsträngen och det nyskapade cDNA :t integreras

Nya insättningar skapar korta målställedupliceringar (TSD), och majoriteten av nya insättningar är allvarligt 5'-trunkerade (genomsnittlig insättningsstorlek på 900 bp hos människor) och ofta inverterade (Szak et al., 2002). Eftersom de saknar sin 5'UTR är de flesta nya skär inte funktionella.

Reglering av LINE-aktivitet

Det har visats att värdceller reglerar L1 retrotranspositionsaktivitet, till exempel genom epigenetisk tystnad. Till exempel RNA-interferensmekanismen (RNAi) för små störande RNA härledda från L1 -sekvenser orsaka undertryckande av L1 -retrotransposition.

I växtgenom kan epigenetisk modifiering av LINE:er leda till uttrycksförändringar av närliggande gener och till och med till fenotypiska förändringar: I oljepalmsgenom ligger metylering av en LINE av Karma-typ bakom den somaklonala, "mantlade" varianten av denna växt, ansvarig för drastiska avkastningsförlust.

Human APOBEC3C- medierad restriktion av LINE-1-element rapporterades och det är på grund av interaktionen mellan A3C och ORF1p som påverkar den omvända transkriptasaktiviteten.

Samband med sjukdom

Ett historiskt exempel på L1-överförd sjukdom är hemofili A, som orsakas av insättningsmutagenes . Det finns nästan 100 exempel på kända sjukdomar orsakade av retroelementinsättningar, inklusive vissa typer av cancer och neurologiska störningar. Korrelation mellan L1- mobilisering och onkogenes har rapporterats för epitelcellscancer ( karcinom ). Hypometylering av LINES är associerad med kromosomal instabilitet och förändrat genuttryck och finns i olika cancercelltyper i olika vävnadstyper. Hypometylering av en specifik L1 belägen i MET-onco-genen är associerad med cancer i urinblåsan, sömnstörning i skiftarbete är associerad med ökad cancerrisk eftersom ljusexponering på natten minskar melatonin , ett hormon som har visat sig minska L1-inducerad genominstabilitet .