Ретротранспозоны LINE-1 и теломераза эволюция и роль в

Ретротранспозоны LINE-1 и теломераза: эволюция и роль в клетке Виталий Клещевников

Ревертазы

LINE-1 • Long Interspersed Nuclear Elements • Длинные разбросанные ядерные повторы

Общая схема ретротранспозиции

Структура LINE 6000 н. п. Транскрибируется как единое целое, один кеп(для ORF 1), Internal Ribosomal Entry Site(для ORF 2) 5’UTR (906 н. п. ) содержит промотор Две рамки считывания • ORF 1: --Лейцин-богатый участок(белок-белковые взаимодействия) --Домен связывающий НК • ORF 2: --Аpurinic/apyrimidinic endonuclease --Обратная транскриптаза --Цистеин-гистидин богатый домен 3’UTR (206 н. п. ) содержит последовательности для узнавания ORF 2 р, исключение - млекопитающие

Функции ORF 1 • Связывание РНК LINE-1 • РНК шаперон • Наличие повышает эффективность, но не необходимо для транспозиции • Возможно повышает эффективность связывания с ДНК в месте транспозиции, определяет специфичность к сайту интеграции • Находится в составе рибонуклеопротеинового комплекса в составе стрессовых гранул

Функции ORF 2 1300 АК • Разрез в ДНК в апуриновом/апиримидиновом сайте • Обратная транскрипция, свободные концы ДНК в качестве праймеров

Target-primed reverse transcription

Транспозоны прыгают волнами 40 млн. лет назад Ø делятся на подсемейства Ø в геноме человека 80 -100 активных ретротраспозонов Ø шесть «ведущих» элементов подсемейства L 1 -Ta обеспечивают большинство транспозиций

Эволюция элементов генома, кодирующих обратную транскриптазу Механизм tp. RT

Теломераза Некий предковый элемент RT RT + Терминальный PLE RT ORF 1 LINE-1/R 2 ORF 1 EN RT Канонический PLE TART/TAHRE RT EN GAG EN RT

LINE-1/R 2 ORF 1 EN RT ü Классический non-LTR ретротранспозон ü Предпочитает копироваться в середине хромосом LINE-1 EN RT ü ORF 1 мутант или продукт сплайсинга ü Может копироваться на теломерах и разрывах в ДНК v Основной источник обратной транскриптазы в клетке

TART/TAHRE GAG EN RT ü Формирует хромосомы дрозофил ü Несмотря на наличие EN добавляется преимущественно на теломеры

Стратегии удлинения теломер Альтернативная Рекомбинация Теломераза Ретротранспозоны TART/TAHRE GAG He. T-A EN RT RT GAG Drosophila spp. Ретротранспозоны + Теломераза SARTBm 1 ORF 1 RT EN RT + Теломераза с дефектным N-концевым доменом Bombyx mori Tribolium castaneum + млекопитающие, Caenorhabditis elegans

Почему же транспозоны постоянно не прыгают по геному?

Механизмы контроля ретротранспозонов APOBEC 3

Механизмы контроля ретротранспозонов RNAinterference

Механизмы контроля ретротранспозонов RNAinterference

Механизмы контроля ретротранспозонов RNAinterference

Механизмы контроля ретротранспозонов Метилирование: -- в т. ч. промотора деацетилирование и метилирование гистонов RNA-induced transcriptional silencing

Функции LINE-1 в клетке

Гетерохроматинизация RNA-induced transcriptional silencing

Инактивация Х-хромосомы

LINE-1 и неоцентромера

• Амплификация LINE-1 проходит на раннем эмбриональном развитии у мышей • Сайленсинг LINE-1 с помощью si. RNA приводит к остановке развития на стадии 2 -х или 4 -х бластомеров

Создание ретрогенов Обратная транскрипция клеточной м. РНК

Как может влиять LINE-1 на организм ?

Транспозиция Мутация single gene Нейтральная мутация Эпигенетическая мутация Вариабельность геномов

«Динамические мутации» Соматические клетки Окно для ретротранспозонов Снижение эффективности РНК-интерференции, ремоделирования хроматина, специфическая регуляция Эпигенетические мутации Нейтральный/Регуляторный и инсерции эффект Полное нарушение контроля Завышенная частота транспозиций Дальнейшее Апоптоз Инсерции=>дисфунция генов перерождение Двунитевые разрывы ДНК Второй счетчик делений, способ защиты от перерождений

Регуляторный эффект

«Второй счетчик делений» «способ защиты от перерождений» Сильный стресс(возможны повреждения жизненноважных механизмов в активация ORF 2 двунитевые разрывы ДНК апоптоз клетке) Инактивация систем контроля за транспозонами активация ORF 2 двунитевые разрывы ДНК апоптоз

Наследуемые генетические дефекты • Обусловлены транспозицией LINE(или неавтономных Alu, SVA) в кодирующие последовательности генома • Наследуются, как генная мутация • Обычно single gene В т. ч. нейрофиброматозы, гемофилии А и В, анемии, миодистрофия Дюшена

Чем же считать современные LINE 1? Функции транскрипционной активности, РНК Функции белков, кодируемых LINE-1

Спасибо за внимание !