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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 del ARNt (PBS) ubicado inmediatamente aguas abajo del LTR 5'. La copia de ADNc de cadena negativa recién sintetizada del LTR 5' se transfiere luego al LTR 3' y se utiliza como cebador para la transcripción inversa de toda la secuencia de cadena negativa. Un tracto de polipurina resistente a la ARNasa H sirve entonces como cebador para la síntesis de cadena positiva del LTR 3' y PBS complementario. El PBS de cadena positiva recién sintetizado se asocia entonces con el PBS de cadena negativa ya sintetizado, y finalmente se produce ADNc de doble cadena. Luego, las proteínas integrasas transfieren el ADNc de doble cadena al núcleo, y una nueva copia se integra en el genoma.

Los retrotransposones LTR son elementos transponibles (TE) de clase I que se caracterizan por la presencia de repeticiones terminales largas (LTR) que flanquean directamente una región codificante interna. Como retrotransposones, se movilizan a través de la transcripción inversa de su ARNm y la integración del ADNc recién creado en otra ubicación genómica. Su mecanismo de retrotransposición es compartido con los retrovirus , con la diferencia de que la tasa de transferencia horizontal en los retrotransposones LTR es mucho menor que la transferencia vertical al pasar inserciones TE activas a la progenie. Los retrotransposones LTR que forman partículas similares a virus se clasifican en Ortervirales .

Su tamaño varía desde unos pocos cientos de pares de bases hasta 30 kb, las especies más grandes reportadas hasta la fecha son miembros de la familia de retrotransposones Burro en Schmidtea mediterranea . [1]

En los genomas de las plantas, los retrotransposones LTR son la principal clase de secuencia repetitiva y constituyen más del 75% del genoma del maíz. [2] Los retrotransposones LTR constituyen aproximadamente el 8% del genoma humano y aproximadamente el 10% del genoma del ratón. [3]

Estructura y propagación

Los retrotransposones LTR tienen repeticiones terminales largas directas que varían de ~100 pb a más de 5 kb de tamaño. Los retrotransposones LTR se subclasifican además en los grupos similares a Ty1- copia ( Pseudoviridae ), similares a Ty3 ( Metaviridae , formalmente denominados similares a Gypsy, un nombre que se está considerando retirar [4] ) y similares a BEL-Pao ( Belpaoviridae ) en función tanto de su grado de similitud de secuencia como del 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 solo se han encontrado en animales. [5] [6]

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 un dominio de cápside y un dominio de nucleocápside. [7] Las proteínas Gag forman partículas similares a virus en el citoplasma en cuyo interior 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 un dominio H de ARNasa , y una integrasa (IN). [8]

Por lo general, los ARNm de retrotransposón LTR son producidos por la pol II del ARN 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 del 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 desplazamiento del marco entre los dos ORF. [9] El desplazamiento ocasional del marco ribosomal 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 suele iniciarse en una secuencia corta ubicada inmediatamente aguas abajo del 5'-LTR y denominada sitio de unión del cebador (PBS). Los ARNt específicos del hospedador se unen al PBS y actúan como cebadores para la transcripción inversa, que se produce en un proceso complejo y de múltiples pasos, produciendo finalmente una molécula de ADNc de doble cadena . El ADNc finalmente se integra en una nueva ubicación, creando TSD (duplicaciones del sitio diana) cortos [10] y agregando una nueva copia en el genoma del hospedador.

Tipos

Tipo 1-Copiarretrotransposones

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: [11] [12] Sirevirus /Maximus, Oryco/Ivana, Retrofit/Ale, TORK (subdividido en Angela/Sto, TAR/Fourf, GMR/Tork) y Bianca.

Los retrotransposones de los sirevirus /Maximus contienen un gen de envoltura putativo adicional. Este linaje recibe su nombre del elemento fundador SIRE1 en el genoma de Glycine max , [13] y fue descrito posteriormente en muchas especies como Zea mays , [14] Arabidopsis thaliana , [15] Beta vulgaris , [16] y Pinus pinaster . [17] Los sirevirus de plantas de muchos genomas de plantas secuenciados se resumen en la base de datos de sirevirus MASIVEdb . [18]

Retrotransposones Ty3 (anteriormente 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 conservados de la secuencia proteica, se pueden subdividir en varios linajes:

Los antivirus Err contienen un ORF de envoltura defectuoso adicional con similitudes con el gen de envoltura retroviral. Descritos por primera vez como elementos Athila en Arabidopsis thaliana , [19] [20] se han identificado posteriormente en muchas especies, como Glycine max [21] y Beta vulgaris . [22]

Los cromovirus contienen un cromodominio adicional ( dominio modificador de la organización de la cromatina ) en el extremo C de su proteína integrasa. [23] [24] Están ampliamente distribuidos en plantas y hongos, probablemente conservando dominios proteicos durante la evolución de estos dos reinos. [25] Se cree que el cromodominio dirige la integración de retrotransposones a sitios objetivo específicos. [26] Según la secuencia y la 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 los genes de ARNr. [27] [28]

Los elementos ogro son gigantescos retrotransposones Ty3 que alcanzan longitudes de hasta 25 kb. [29] Los elementos ogro se describieron por primera vez en Pisum sativum . [30]

Los metavirus describen retrotransposones gitanos Ty3 convencionales que no contienen dominios ni ORFs adicionales.

La familia Sushi de retrotransposones de repetición terminal larga Ty3 se identificó por primera vez en peces teleósteos y los neógenos similares a Sushi se identificaron posteriormente en mamíferos. [31] Las transcripciones derivadas de retrotransposones de mamíferos (MART) 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 similares a Sushi identificados en el genoma humano. [31]

Familia BEL/pao

La familia BEL/pao se encuentra en animales. [32]

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 puede transformarse en un retrotransposón LTR mediante la inactivación o eliminación de los dominios que permiten la movilidad extracelular. Si un retrovirus de este tipo infecta y posteriormente se inserta en el genoma de las células de la línea germinal, puede transmitirse verticalmente y convertirse en un retrovirus endógeno . [6]

Retrotransposones de repetición terminal en miniatura (TRIM)

Algunos retrotransposones LTR carecen de todos sus dominios codificantes. Debido a su pequeño tamaño, se los conoce como retrotransposones de repetición terminal en miniatura (TRIMs). [33] [34] Sin embargo, los TRIM pueden retrotransponerse, ya que pueden depender de los dominios codificantes de los retrotransposones autónomos Ty1- copia o Ty3- gypsy . Entre los TRIM, la familia Cassandra desempeña un papel excepcional, ya que la familia está inusualmente extendida entre las plantas superiores. [35] A diferencia de todos los demás TRIM caracterizados, los elementos Cassandra albergan un promotor de ARNr 5S en su secuencia LTR. [36] Debido a su corta longitud total y la contribución relativamente alta de los LTR flanqueantes, los TRIM son propensos a reordenamientos por recombinación. [37]

Referencias

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