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Elemento nuclear de larga dispersión

Proteína ORF2 (que exhibe actividad de transcriptasa inversa y endonucleasa ) de LINE-1 humano .
Estructura genética de LINE1 y SINE murinos . Abajo: estructura propuesta de los complejos ARN-proteína (RNP) L1. Las proteínas ORF1 forman trímeros, que exhiben unión al ARN y actividad de chaperona de ácidos nucleicos.

Los elementos nucleares intercalados largos ( LINE ) [1] (también conocidos como elementos nucleotídicos intercalados largos [2] o elementos intercalados largos [3] ) son un grupo de retrotransposones no LTR ( repetición terminal larga ) que están ampliamente distribuidos en el genoma de muchos eucariotas . [4] [5] Los LINE contienen un promotor interno Pol II para iniciar la transcripción en ARNm y codifican una o dos proteínas, ORF1 y ORF2. [6] Los dominios funcionales presentes en ORF1 varían mucho entre LINE, pero a menudo exhiben actividad de unión ARN/ADN. ORF2 es esencial para una retrotransposición exitosa y codifica una proteína con actividad de transcriptasa inversa y endonucleasa . [7]

Los LINE son el elemento transponible más abundante en el genoma humano [8], con aproximadamente el 20,7 % de las secuencias identificadas como derivadas de LINE. El único linaje activo de LINE encontrado en humanos pertenece a la clase LINE-1 y se denomina L1H. [9] Se estima que el genoma humano contiene 100 000 elementos LINE-1 truncados y 4000 elementos LINE-1 de longitud completa. [10] Debido a la acumulación de mutaciones aleatorias, la secuencia de muchos LINE se ha degenerado hasta el punto de que ya no se transcriben ni se traducen. Las comparaciones de las secuencias de ADN de LINE se pueden utilizar para fechar las inserciones de transposones en el genoma.

Historia del descubrimiento

La primera descripción de una secuencia derivada de LINE de aproximadamente 6,4 kb de longitud fue publicada por J. Adams et al. en 1980. [11]

Clasificación de las líneas

En función de las características estructurales y la filogenia de la proteína esencial ORF2p, las LINE se pueden separar en seis grupos principales, denominados R2, RanI, L1, RTE, I y Jockey. Estos grupos se pueden subdividir en al menos 28 clados. [12]

En los genomas de plantas, hasta ahora solo se han reportado LINEs del clado L1 y RTE. [13] [14] [15] Mientras que los elementos L1 se diversifican en varios subclados, los LINEs de tipo RTE están altamente conservados y a menudo constituyen una sola familia. [16] [17]

En los hongos, se han identificado elementos similares a Tad, L1, CRE, Deceiver e Inkcap, [18] y los elementos similares a Tad aparecen exclusivamente en los genomas de los hongos. [19]

Todos los LINE codifican al menos una proteína, ORF2, que contiene un dominio RT y un dominio de endonucleasa (EN), ya sea un APE N-terminal o un RLE C-terminal o raramente ambos. Ocasionalmente está presente un dominio H de ribonucleasa . A excepción de las superfamilias evolutivamente antiguas R2 y RTE, los LINE generalmente codifican otra proteína llamada ORF1, que puede contener un Gag-knuckle , un RRM similar a L1 ( InterPro :  IPR035300 ) y/o una esterasa. Los elementos LINE son relativamente raros en comparación con los retrotransposones LTR en plantas, hongos o insectos, pero son dominantes en vertebrados y especialmente en mamíferos, donde representan alrededor del 20% del genoma. [12] : fig. 1 

Elementos L1

El elemento LINE-1/L1 es uno de los elementos que todavía se encuentran activos en el genoma humano en la actualidad. Se encuentra en todos los mamíferos terios [20] [21] excepto en los megamurciélagos . [22]

Otros elementos

Se han encontrado restos de elementos L2 y L3 en el genoma humano. [23] Se estima que los elementos L2 y L3 estuvieron activos hace unos 200-300 millones de años. Debido a la edad de los elementos L2 que se encuentran en los genomas de los terios, carecen de duplicaciones de sitios diana flanqueantes. [24] Los elementos L2 (y L3) están en el mismo grupo que el clado CR1, Jockey. [25]

Incidencia

En humanos

En el primer borrador del genoma humano, la fracción de elementos LINE del genoma humano se dio como 21% y su número de copias como 850.000. De estos, los elementos L1 , L2 y L3 constituyeron 516.000, 315.000 y 37.000 copias, respectivamente. Los elementos SINE no autónomos que dependen de elementos L1 para su proliferación constituyen el 13% del genoma humano y tienen un número de copias de alrededor de 1,5 millones. [23] Probablemente se originaron a partir de la familia RTE de LINE. [26] Estimaciones recientes muestran que el genoma humano típico contiene en promedio 100 elementos L1 con potencial de movilización, sin embargo, hay una cantidad considerable de variación y algunos individuos pueden contener una mayor cantidad de elementos L1 activos, lo que hace que estos individuos sean más propensos a la mutagénesis inducida por L1. [27]

También se han encontrado mayores cantidades de copias L1 en los cerebros de personas con esquizofrenia, lo que indica que los elementos LINE pueden desempeñar un papel en algunas enfermedades neuronales. [28]

Mecanismo de transcripción inversa con cebado por diana (TPRT) , directamente en el sitio de integración: L1 RNP reconoce hexanucleótidos AAAATT y la actividad de la endonucleasa ORF2 escinde la primera cadena de ADN. La cola poliA de L1 se asocia con el saliente TTTT y el ADN del huésped se utiliza como cebador para iniciar la transcripción inversa. ORF2 probablemente también media la escisión de la segunda cadena y la unión del ADNc recién sintetizado a la plantilla de ADN, utilizando nuevamente el ADN del huésped como cebador para la síntesis de la segunda cadena.

Propagación

Los elementos LINE se propagan mediante un mecanismo de transcripción inversa con cebador de objetivo (TPRT), que se describió por primera vez para el elemento R2 del gusano de seda Bombyx mori .

Las proteínas ORF2 (y ORF1 cuando están presentes) se asocian principalmente en cis con su ARNm codificante , formando un complejo de ribonucleoproteína (RNP), probablemente compuesto por dos ORF2 y un número desconocido de trímeros ORF1. [29] El complejo se transporta de vuelta al núcleo , donde el dominio de la endonucleasa ORF2 abre el ADN (en los motivos hexanucleótidos TTAAAA en los mamíferos [30] ). De este modo, se libera un grupo 3'OH para que la transcriptasa inversa prepare la transcripción inversa del transcrito de ARN LINE. Tras la transcripción inversa, la cadena diana se escinde y el ADNc recién creado se integra [31]

Las nuevas inserciones crean duplicaciones cortas del sitio de destino (TSD, por sus siglas en inglés) y la mayoría de las nuevas inserciones están severamente truncadas en 5' (tamaño de inserción promedio de 900 pb en humanos) y a menudo invertidas (Szak et al., 2002). Debido a que carecen de su 5'UTR, la mayoría de las nuevas inserciones no son funcionales.

Regulación de la actividad de LINE

Se ha demostrado que las células huésped regulan la actividad de retrotransposición de L1, por ejemplo, a través del silenciamiento epigenético. Por ejemplo, el mecanismo de interferencia de ARN (ARNi) de pequeños ARN interferentes derivados de secuencias de L1 puede provocar la supresión de la retrotransposición de L1 . [32]

En los genomas de las plantas, la modificación epigenética de las LINE puede conducir a cambios en la expresión de genes cercanos e incluso a cambios fenotípicos: en el genoma de la palma aceitera, la metilación de una LINE de tipo Karma subyace a la variante somaclonal "mantada" de esta planta, responsable de la drástica pérdida de rendimiento. [33]

Se informó que la restricción de elementos LINE-1 mediada por APOBEC3C humano se debe a la interacción entre A3C con ORF1p que afecta la actividad de la transcriptasa inversa. [34]

Asociación con la enfermedad

Un ejemplo histórico de enfermedad conferida por L1 es la hemofilia A, que es causada por mutagénesis insercional . [35] Hay casi 100 ejemplos de enfermedades conocidas causadas por inserciones de retroelementos, incluidos algunos tipos de cáncer y trastornos neurológicos. [36] Se ha informado de la correlación entre la movilización de L1 y la oncogénesis para el cáncer de células epiteliales ( carcinoma ). [37] La ​​hipometilación de LINES está asociada con la inestabilidad cromosómica y la expresión genética alterada [38] y se encuentra en varios tipos de células cancerosas en varios tipos de tejidos. [39] [38] La hipometilación de un L1 específico ubicado en el gen onco MET está asociada con la tumorogénesis del cáncer de vejiga, [40] El trastorno del sueño por trabajo por turnos [41] está asociado con un mayor riesgo de cáncer porque la exposición a la luz durante la noche reduce la melatonina , una hormona que ha demostrado reducir la inestabilidad del genoma inducida por L1 . [42]

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