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retrotransposón LTR

A. Estructura genética de los retrotransposones LTR (tipo gitano). B. Mecanismo de retrotransposición, que ocurre dentro de partículas similares a virus en el citoplasma. La transcripción inversa se inicia en un sitio de unión del cebador de ARNt (PBS) del huésped ubicado inmediatamente aguas abajo del 5'LTR. La copia de ADNc de la cadena negativa recién sintetizada de la 5'LTR se transfiere luego a la 3'LTR y se utiliza como cebador para la transcripción inversa de toda la secuencia de la cadena negativa. Un tracto de polipurina resistente a RNasa H sirve entonces como cebador para la síntesis de cadena positiva de 3'LTR y PBS complementario. El PBS de cadena positiva recién sintetizado se asocia con el PBS de cadena negativa ya sintetizado y finalmente se produce el ADNc de doble cadena. Luego, las proteínas integrasas transfieren el ADNc de doble cadena al núcleo y se integra una nueva copia en el genoma.

Los retrotransposones LTR son elementos transponibles de clase I caracterizados por la presencia de repeticiones terminales largas (LTR) que flanquean directamente una región codificante interna. Como retrotransposones, se movilizan mediante la transcripción inversa de su ARNm y la integración del ADNc recién creado en otra ubicación. Su mecanismo de retrotransposición es compartido con los retrovirus , con la diferencia de que la mayoría de los retrotransposones LTR no forman partículas infecciosas que salen de las células y por tanto sólo se replican en el interior de su genoma de origen. Aquellos que (ocasionalmente) forman partículas similares a virus se clasifican en Ortervirales .

Su tamaño varía desde unos pocos cientos de pares de bases hasta 25 kb, por ejemplo el retrotransposón Ogre en el genoma del guisante.

En los genomas de las plantas, los retrotransposones LTR son la principal clase de secuencias repetitivas; por ejemplo, constituyen más del 75% del genoma del maíz. [1] Los retrotransposones LTR constituyen aproximadamente el 8% del genoma humano y aproximadamente el 10% del genoma del ratón. [2]

Estructura y propagación

Los retrotransposones LTR tienen repeticiones terminales largas directas que varían desde ~100 pb hasta más de 5 kb de tamaño. Los retrotransposones LTR se subclasifican además en Ty1- copia -like ( Pseudoviridae ), Ty3-like ( Metaviridae , formalmente denominado Gypsy-like, un nombre que se está considerando retirar [3] ) y BEL-Pao- similares ( Belpaoviridae ) según su grado de similitud de secuencia y el orden de los productos genéticos codificados. Los grupos de retrotransposones Ty1- copia y Ty3-Metaviridae se encuentran comúnmente en un alto número de copias (hasta unos pocos millones de copias por núcleo haploide ) en genomas de animales, hongos, protistas y plantas. Hasta ahora, los elementos similares a BEL-Pao sólo se han encontrado en animales. [4] [5]

Todos los retrotransposones LTR funcionales codifican un mínimo de dos genes, gag y pol , que son suficientes para su replicación. Gag codifica una poliproteína con una cápside y un dominio de nucleocápside. [6] Las proteínas Gag forman partículas similares a virus en el citoplasma dentro del cual se produce la transcripción inversa. El gen Pol produce tres proteínas: una proteasa (PR), una transcriptasa inversa dotada de un dominio RT (transcriptasa inversa) y una RNAsa H , y una integrasa (IN). [7]

Normalmente, los ARNm de retrotransposón LTR son producidos por el ARN pol II del huésped que actúa sobre un promotor ubicado en su LTR 5'. Los genes Gag y Pol están codificados en el mismo ARNm. Dependiendo de la especie huésped, se pueden utilizar dos estrategias diferentes para expresar las dos poliproteínas: una fusión en un único marco de lectura abierto (ORF) que luego se escinde o la introducción de un cambio de marco entre los dos ORF. [8] El cambio de marco ribosómico ocasional permite la producción de ambas proteínas, al tiempo que garantiza que se produzca mucha más proteína Gag para formar partículas similares a virus.

La transcripción inversa generalmente se inicia en una secuencia corta ubicada inmediatamente aguas abajo del 5'-LTR y denominada sitio de unión del cebador (PBS). Los ARNt específicos del huésped se unen al PBS y actúan como cebadores para la transcripción inversa, que ocurre en un proceso complejo y de múltiples pasos, que finalmente produce una molécula de ADNc de doble cadena . El ADNc finalmente se integra en una nueva ubicación, creando TSD (duplicaciones de sitio objetivo) cortas [9] y agregando una nueva copia en el genoma del huésped.

Tipos

Ty1- copia retrotransposones

Los retrotransposones Ty1- copia son abundantes en especies que van desde algas unicelulares hasta briofitas , gimnospermas y angiospermas . Codifican cuatro dominios proteicos en el siguiente orden: proteasa , integrasa , transcriptasa inversa y ribonucleasa H.

Existen al menos dos sistemas de clasificación para la subdivisión de los retrotransposones Ty1- copia en cinco linajes: [10] [11] Sirevirus /Maximus, Oryco/Ivana, Retrofit/Ale, TORK (subdividido en Angela/Sto, TAR/Fourf, GMR/ Tork) y Bianca.

Los retrotransposones de Sirevirus /Maximus contienen un supuesto gen de envoltura adicional. Este linaje lleva el nombre del elemento fundador SIRE1 en el genoma de Glycine max , [12] y luego se describió en muchas especies como Zea mays , [13] Arabidopsis thaliana , [14] Beta vulgaris , [15] y Pinus pinaster . [16] Los Sirevirus de plantas de muchos genomas de plantas secuenciados se resumen en la base de datos MASIVEdb Sirevirus . [17]

Retrotransposones Ty3 (formalmente gitanos)

Los retrotransposones Ty3 están ampliamente distribuidos en el reino vegetal, incluidas tanto las gimnospermas como las angiospermas . Codifican al menos cuatro dominios proteicos en el orden: proteasa , transcriptasa inversa , ribonucleasa H e integrasa . Según la estructura, la presencia/ausencia de dominios proteicos específicos y los motivos de secuencia de proteínas conservados, se pueden subdividir en varios linajes:

Los errantivirus contienen un ORF de envoltura defectuoso adicional con similitudes con el gen de la envoltura retroviral. Descritos por primera vez como elementos Athila en Arabidopsis thaliana , [18] [19] han sido identificados posteriormente en muchas especies, como Glycine max [20] y Beta vulgaris . [21]

Los cromovirus contienen un cromodominio adicional ( dominio modificador de la organización de la cromatina ) en el extremo C de su proteína integrasa. [22] [23] Están muy extendidos en plantas y hongos, y probablemente conservan dominios proteicos durante la evolución de estos dos reinos. [24] Se cree que el cromodominio dirige la integración de retrotransposones a sitios objetivo específicos. [25] Según la secuencia y estructura del cromodominio, los cromovirus se subdividen en los cuatro clados CRM, Tekay, Reina y Galadriel. Los cromovirus de cada clado muestran patrones de integración distintivos, por ejemplo, en centrómeros o en genes de ARNr. [26] [27]

Los elementos ogro son retrotransposones Ty3 gigantes que alcanzan longitudes de hasta 25 kb. [28] Los elementos ogros se describieron por primera vez en Pisum sativum . [29]

Los metavirus describen retrotransposones gitanos Ty3 convencionales que no contienen dominios u ORF adicionales.

La familia Sushi de retrotransposones de repetición terminal larga Ty3 se identificó por primera vez en peces teleósteos y posteriormente se identificaron neógenos similares a Sushi en mamíferos. [30] Las transcripciones derivadas de retrotransposones (MART) de mamíferos no pueden transponerse, pero han conservado marcos de lectura abiertos, demuestran altos niveles de conservación evolutiva y están sujetos a presiones selectivas, lo que sugiere que algunos se han convertido en genes neofuncionalizados con nuevas funciones celulares. [31] El retrotransposón gag-like-3 (RTL3/ZCCHC5/MART3) es uno de los once neógenos tipo Sushi identificados en el genoma humano. [32]

familia BEL/pao

La familia BEL/pao se encuentra en animales. [33]

Retrovirus endógenos (ERV)

Aunque los retrovirus suelen clasificarse por separado, comparten muchas características con los retrotransposones LTR. Una diferencia importante con los retrotransposones Ty1- copia y Ty3- gypsy es que los retrovirus tienen una proteína de envoltura (ENV). Un retrovirus se puede transformar en un retrotransposón LTR mediante la inactivación o eliminación de los dominios que permiten la movilidad extracelular. Si dicho retrovirus infecta y posteriormente se inserta en el genoma de las células de la línea germinal, puede transmitirse verticalmente y convertirse en un retrovirus endógeno . [5]

Retrotransposones de repetición terminal en miniatura (TRIM)

Algunos retrotransposones LTR carecen de todos sus dominios de codificación. Debido a su pequeño tamaño, se les conoce como retrotransposones de repetición terminal en miniatura (TRIM). [34] [35] Sin embargo, los TRIM pueden retrotransponerse, ya que pueden depender de los dominios de codificación de los retrotransposones autónomos Ty1- copia o Ty3- gypsy . Entre las TRIM, la familia Cassandra desempeña un papel excepcional, ya que está inusualmente extendida entre las plantas superiores. [36] A diferencia de todos los demás TRIM caracterizados, los elementos de Cassandra albergan un promotor de ARNr 5S en su secuencia LTR. [37] Debido a su corta longitud total y la contribución relativamente alta de los LTR flanqueantes, los TRIM son propensos a reordenamientos por recombinación. [38]

Referencias

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