Las retrozimas son una familia de retrotransposones descubiertos por primera vez en los genomas de plantas [1] pero ahora también conocidos en genomas de animales . [2] Las retrozimas contienen una ribozima cabeza de martillo (HHR) en sus secuencias (y por eso el nombre retrozima es una combinación de retrotransposón y ribozima cabeza de martillo ), aunque no poseen ninguna región codificante. Las retrozimas son retroelementos no autónomos, y por eso toman prestadas proteínas de otros elementos para moverse a nuevas regiones de un genoma . Las retrozimas se transcriben activamente en ARN circulares cerrados covalentemente (circRNA o cccRNA) y se detectan en ambas polaridades, lo que puede indicar el uso de replicación de círculo rodante en su ciclo de vida. [3]
La estructura genómica de una retrozima en plantas implica una región central no codificante que puede extenderse alrededor de 300-600 nt flanqueada por repeticiones terminales largas de alrededor de 300-400 nt que contienen el motivo HHR. También tienen dos secuencias (un sitio de unión del cebador [PBS] complementario a la secuencia ARNt-Met y un tracto de polipurina [PPT]) necesarias para iniciar la síntesis de ADN durante la movilización. La característica más distintiva de la retrozima en comparación con otros elementos de los genomas de las plantas es la ribozima cabeza de martillo. De lo contrario, se parecen a otras características conocidas de los genomas de las plantas, como los retrotransposones de repetición terminal en miniatura (TRIM) y los retrotransposones LTR pequeños (SMART). El PBS, el PPT y el motivo HHR son las únicas partes de las secuencias de la retrozima que muestran conservación y homología . [4] Actualmente, se cree que las retrozimas evolucionaron a partir de una gran familia de retrotransposones conocida en muchos eucariotas como elementos similares a Penélope (PLE). Las retrozimas comparten una serie de características peculiares con los PLE, incluyendo un HHR tipo I, aparición como copias en tándem y coexistencia en todos los metazoos analizados hasta la fecha. [2] [4]
Actualmente se sabe que las retrozimas alcanzan tamaños de secuencia tan pequeños como 170 nt y tan grandes como 1116 nt. Las retrozimas más pequeñas se encuentran típicamente en invertebrados , como una retrozima de 300 nt en el genoma del mejillón mediterráneo ( Mytilus galloprovincialis ). La retrozima más grande conocida tiene 1116 nt de longitud, descubierta en el genoma de una cepa de Jatropha curcas . [5]
En la actualidad, la única base de datos de retrozimas y elementos similares es ViroidDB, que contiene secuencias de 73 retrozimas tomadas de la base de datos de nucleótidos del Centro Nacional de Información Biotecnológica . [6] Las secuencias de retrozimas en particular se encontraron y descargaron inicialmente de forma directa y por separado de GenBank , ya que las retrozimas actualmente no tienen una clasificación taxonómica. [6] Se han desarrollado algunos métodos para estudiar las retrozimas en el laboratorio. [7]
Las retrozimas se acumulan de forma diferencial en los distintos tejidos de las plantas. Además, los equivalentes domesticados de algunas especies de plantas contienen sustancialmente menos copias de retrozimas, lo que indica que la domesticación aplica una presión de selección negativa sobre las secuencias de retrozimas. Otra característica interesante de las retrozimas en las plantas es su transcripción activa, aunque la mayoría de los retrotransposones están inactivos. [1]
Las retrozimas más pequeñas conocidas son las que se encuentran en los invertebrados , donde pueden variar de 170 a 400 nt. Parecen expresarse, al menos, en la mayoría de los tipos de células. Al igual que en las plantas, las retrozimas en animales también se expresan en niveles altos tanto en células somáticas como en células germinales . Si bien se han encontrado retrozimas tanto en formas lineales como circularizadas, se han observado niveles de retrozimas circularizadas mucho más abundantes in vivo y las formas lineales pueden ser un producto de la autoescisión por el motivo HHR durante la replicación o un resultado de la rotura espontánea durante la purificación. [2]
Las retrozimas animales tienen varias diferencias con las vegetales. Diferentes proteínas transcriben de forma circular y reversible las retrozimas vegetales y animales durante el ciclo de replicación. Las retrozimas animales carecen de todas las repeticiones terminales largas, PBS y PPT características conocidas en las retrozimas vegetales. Y mientras que las retrozimas vegetales solo tienen una o dos copias del motivo HHR, las retrozimas animales pueden tener muchas de esas copias. Las retrozimas animales también tienen repeticiones en tándem más pequeñas que a menudo están flanqueadas por duplicaciones del lado diana (TSD). Las TSD en animales suelen tener entre 8 y 12 pb, un poco más grandes que las TSD de 4 pb que se encuentran en las plantas. [8]
La secuencia de retrozima es transcrita primero por una polimerasa en el huésped. El producto es una secuencia de ARN oligomérico que es una transcripción única que contiene múltiples copias de la secuencia de retrozima. A continuación, el motivo de ribozima en cabeza de martillo realiza una autoescisión autocatalítica para separar la transcripción oligomérica en varias transcripciones monoméricas, cada una de las cuales contiene solo una copia de la secuencia de retrozima. Esta copia es un intermediario del ciclo de replicación, que contiene la polaridad opuesta de la secuencia original con un extremo 5'-hidroxilo y un extremo fosfato 2'-3'-cíclico. Una proteína ligasa en el huésped puede luego circularizar este intermediario en una molécula de ARN circular estable. En las plantas, esta ligasa es una ligasa de ARNt de cloroplasto. La dependencia de la ligasa de ARNt de cloroplasto para la circularización también se observa en la familia de viroides Avsunviroidae . En los animales, la ligasa es una ligasa de ARNt RtcB. La actividad de la transcriptasa inversa es necesaria de un retrotransposón diferente para generar un ADN complementario correspondiente del ARN de la retrozima, y la polaridad de este ADNc corresponde a la polaridad de la secuencia original. Las retrozimas de plantas y animales dependen de diferentes retrotransposones para producir una copia de ADNc de su molécula de ARN. En las plantas, se utilizan retrotransposones LTR de la familia Gypsy. Aunque no está claro qué tipo de retrotransposones se utilizan en los animales, podrían ser clases como LINE o PLE. Una vez que se ha producido la copia de ADN, la secuencia de la retrozima tiene la oportunidad de reinsertarse en un loci genómico. [2]
Las retrozimas poseen similitudes cercanas con los tipos de elementos genéticos móviles (MGE), especialmente viroides , ARN satélite (satRNAs) y Ribozyviria (un reino de virus descrito recientemente [9] ). Por un lado, el motivo de ribozima cabeza de martillo (HHR) se encuentra en todos estos elementos. Estos elementos también se replican a través de la replicación de círculo rodante , donde el motivo HHR juega el papel autocatalítico de escindir la molécula de ARN circular en un sitio conservado. Además, todos estos elementos dependen de una polimerasa huésped para transcribir su secuencia y una ligasa para recircularizarlos en una molécula de ARN circular. Las retrozimas forman conformaciones ramificadas, al igual que algunos satRNA y Avsunviroidae (una de las dos clases de viroides). [3]
Debido a su simplicidad, muchos han sugerido que los viroides se originaron y son remanentes del mundo del ARN . [10] [11] [12] Otras sugerencias incluyen que los viroides derivan de otros virus, habiendo degenerado en tamaño y perdido cualquier gen codificador de proteínas. Se han planteado varios desafíos a estas sugerencias. La gama limitada de viroides y ARN satélite en plantas con flores (sin que se haya descubierto ninguno en bacterias y arqueas ) indica que sus orígenes son posteriores a la aparición de los eucariotas . [11] El reciente descubrimiento y los avances relacionados con las retrozimas han llevado a la hipótesis actual de que las retrozimas fueron la fuente de los orígenes de los viroides y los satRNA. [4] La relación con los ribozimas es menos sencilla. Los ribozimas son más complejos que las retrozimas, los viroides y los satélites. Son el único elemento similar al viroide que alberga un gen codificador de proteínas. Este gen codifica una cápside que sufre modificaciones postraduccionales para dar lugar a diferentes formas que juntas realizan una variedad de funciones en el huésped, lo que permite su ciclo de vida. Además, los ribozivirus solo se encuentran estrechamente en linajes animales, mientras que tanto los viroides como los ARN satélite solo se sabe que son infecciosos en plantas. La estrecha propagación de los ribozivirus en animales, combinada con una fuerte evidencia de los orígenes de los viroides en plantas, sugiere que los ribozivirus son la clase más reciente de MGE. Los ribozivirus pueden haber surgido de los viroides y luego transferido a los animales a través de la transferencia horizontal de genes , en algún momento adquiriendo un gen codificador de proteínas. Alternativamente, debido a que las retrozimas son conocidas tanto en plantas como en animales, las retrozimas pueden haber dado lugar independientemente a los ribozivirus en linajes animales. [3] No está claro si los viroides y otros elementos similares a los viroides surgieron de las retrozimas una o varias veces, y si bien es poco probable que se remonten al mundo del ARN, algunos aún destacan su importancia como replicadores mínimos cerca del límite inferior teórico del tamaño del replicador. [3]