Разнообразие генерирующие ретроэлементы

Разнообразие генерирующие элементы (РГР) были недавно обнаружены в вирусе, который заражает патогенные бактерии, вызывающие бронхит, Bordetella bronchisepticum [1]. Вирус использует механизм, основанный на обратной транскриптазе, для того, чтобы разнообразить последовательность своего белка, который ответственен за первичное соединение с клеткой, и тем самым адаптируется заражать разные штаммы бактерий.

Интеины

Интеины являются сегментами белковых молекул, которые вырезают сами себя из большего по размеру белка и сращивают концы двух оставшихся белковых сегментов, в результате чего получается интеин и новый белок. Найдены во всех типах живых организмов. Интеины --- естественные генетические инженеры, ведь многие приобретают эндонуклеазную активность после вырезания из белка и могут разрезать геном, так что копия кодирующей интеин последовательности может быть вставлена в место разрыва [1]. Разрезание генома происходит исключительно в сайте, кодирующем большой белок,  но не имеющем кодирующей интеин последовательности (как, например, в случае аллелей одного и того же гена в гомологичных хромосомах). Включение ДНК интеина происходит за счет гомологичного замещения из сайта с интеиновой последовательностью. Таким способом интеин распространяется по организмам, которые имеют и пустой, и интеин-кодирующий вариант (аллель) одной и той же кодирующей последовательности. Заполненный сайт более не чувствителен к эндонуклеазной функции, так как включение разрывает последовательность, используемую для распознавания интеином. Таким образом, когда все пустые сайты заполнены, данный белок теряет свои мишени и может деградировать.

Интроны группы II ретросплайсинга

Интроны группы II являются самостыкующимися (осуществляющими сплайсинг на самих себе) каталитическими РНК молекулами, или рибозимами [1]. Реакция сплайсинга обратима: вырезанный интрон может заново вставиться в состыкованный транскрипт, --- и такая же реакция может произойти на соответствующей комплементарной кодирующей цепи ДНК. Обратный сплайсинг в ДНК создает РНК кольцо, которое может быть преобразовано в полностью интегрированную двуцепочечную ДНК-копию интрона несколькими альтернативными способами, включая обратную транскрипцию по типу LINE или гомологичную рекомбинацию [2].

Ретроэлементы без ДТП

Такие элементы являются самыми многочисленными в человеческом геноме (свыше 2,3 млн. копий составляют около 34% ДНК). Эти элементы используют механизм обратной транскрипции, который не создает ДТП структур на каждом конце. Первыми найденными примерами таких элементов являются длинные перемежающиеся нуклетидные элементы (LINE, long interspersed nucleotide elements) и аналогичные короткие элементы (SINE, short [...]).

LINE ретротранспозоны обычно имеют длину около несколько тысяч пар оснований, содержат внутри себя транскрипционный сигнал для РНК полимеразы II и кодируют два белка, участвующих в обратной транскрипции. SINE элементы короче (обычно от 100 до 300 пар оснований в длину), похожи по последовательности на устойчивые клеточные РНК: транспортную РНК, короткие рибосомные РНК и белок-экспортирующую частицу 7S РНК --- и содержат внутренний промотор для РНК полимеразы III. SINE элементы не кодируют белки и зависят от LINE в осуществлении обратной транскрипции и включения в геном.

Длинные Терминальные Повторы (ДТП)

ДТП-ретроэлементы составляют один из самых обширных классов мобильных элементов в эукариотах. В человеческом геноме находится около 450 тысяч ДТП-ретроэлементов (8% от общей ДНК). Ретровирусы, например ВИЧ, принадлежат к этому классу мобильных элементов. Многие ДТП-ретротранспозоны потеряли свою способность поражать другие клетки, но все еще умеют мигрировать внутри клетки по геному хозяина.

---

ДНК-транспозоны

ДНК-транспозоны включают в себя самые первые мобильные элементы, открытые цитогенетическими методами Барбарой МакКлинток в 1940-х годах, и бактериальные элементы, открытые молекулярными методами в 1960-х и 1970-х. Вслед за этим ДНК-транспозоны были найдены почти везде среди прокариот и эукариот.

---

Сайт-специфичная рекомбинация

Еще одним способом генетической инженерии является сайт-специфичная взаимная рекомбинация. Этот процесс в основном изучается на прокариотах, но имеет аналоги в высших организмах, дрожжах и других эукариотах (у последних осуществляется за счет ретротранспозонов). Данный механизм включает в себя обмен двуцепочечными участками ДНК с помощью специальных ферментов, называемых рекомбиназами.

---