逆轉錄轉座子及其在表觀遺傳調控中的作用是什麼？

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介紹

轉座子是一種可在染色體內部從一個位置移動到另一個位置的移動遺傳元件，其DNA序列具有獨特的移動能力。真核生物的轉座子在結構上與細菌轉座子相似，並且某些轉座機制也相似。然而，在其他情況下，轉座機制似乎涉及RNA中間體以及某些RNA病毒的進化。

表觀遺傳調控可以定義為透過某種方式控制特定基因工作模式的現象。

逆轉錄轉座子

逆轉錄轉座子編碼一種與逆轉錄酶非常相似的酶，其編碼區由長末端重複序列(LTR)側翼。它們藉助RNA中間體，利用逆轉錄酶將RNA複製成DNA，然後將DNA連線到靶位點，從而在細胞基因組中從一個位置跳到另一個位置。

這種轉座方法在真核生物中很常見，與細菌轉座不同，細菌轉座是DNA直接連線到染色體內或另一個染色體的靶位點。

逆轉錄轉座子不包含編碼病毒衣殼的env基因，因此它們不能形成病毒顆粒。這使我們能夠比較逆轉錄酶和真核轉座子，這表明逆轉錄酶在多細胞生物出現之前就已存在。

逆轉錄轉座子的型別

根據長末端重複序列，逆轉錄轉座子有兩種型別：

LTR逆轉錄轉座子

它們包含一箇中央編碼區，該編碼區由位於同一方向的LTR側翼，這構成了所有LTR逆轉錄轉座子的基本結構。

• 與其他轉座子一樣，它們在其幾百個核苷酸對長的序列的兩側都包含短的倒置重複序列。

• 由於LTR序列和類似逆轉錄病毒的特性，它們被稱為LTR轉座子。

• 它們利用逆轉錄酶介導從RNA合成雙鏈DNA，然後將其轉座到靶位點並連線到靶位點。

圖：逆轉錄酶

在酵母中發現的最常見的LTR逆轉錄轉座子是Ty元件。它們長5.9千鹼基對，其中LTR的長度在兩端約為340鹼基對。酵母中大約有35個Ty元件的複製。與逆轉錄病毒的gag和pol基因一樣，酵母Ty元件包含TyA和TyB基因。

非LTR逆轉錄轉座子

它們是真核生物中最常見的逆轉錄轉座子。它們也被稱為反轉錄轉座子，其兩端不包含長末端重複序列，但包含同源的A和T鹼基對序列以及一個末端，它是poly-A尾的修飾。

• 轉座過程涉及形成RNA中間體，然後由元件本身編碼的逆轉錄酶將其轉化為雙鏈DNA，然後轉座到靶位點。

• 這些逆轉錄轉座子最常見的例子是人類轉座子，即長散佈核元件(LINE)和短散佈核元件(SINE)。

  • 長散佈核元件(LINE)-屬於此類的人類轉座元件是L1反轉錄轉座子，其長度約為6kb，具有RNA聚合酶II識別的內部啟動子序列和兩個ORF。

  • 短散佈核元件(SINE)-它們長400個鹼基對，包含內部啟動子序列，但不編碼任何蛋白質。它們是人類中第二豐富的轉座元件。它們不包含任何末端重複序列，而是在一端具有A和T序列。SINE元件的一個常見例子是活躍的Alu序列。

逆轉錄轉座子在表觀遺傳調控中的作用

轉座子構成人類基因組的很大一部分，它們能夠在染色體中從一個位點跳到另一個位點，有時它們的插入會對功能基因造成嚴重的損害。儘管具有某些功能，大多數這些轉座元件透過甲基化或組蛋白修飾被沉默，以避免對功能基因產生任何有害影響。

但有時，這些元件會逃脫這兩個過程，並導致基因功能發生變化，這個過程被稱為表觀遺傳進化。它們的逃逸使這些位點容易受到環境刺激的影響，例如接觸毒素和不健康的飲食，它們充當個體間表觀遺傳變異的基因座。

例子

逆轉錄轉座子對錶觀遺傳調控影響最常見的例子之一是Agouti可存活黃色小鼠。在這些小鼠中發現的逆轉錄轉座子是胞漿內A顆粒(IAP)，它對DNA甲基化有更深遠的影響，導致個體間表型變異，例如毛色等。然而，詳細的機制仍有待闡明和研究。

結論

I類轉座元件也稱為逆轉錄轉座子或具有RNA中間體的轉座子。這些元件在基因組的各個位點插入自身，方法是藉助逆轉錄酶將單鏈RNA轉化為雙鏈DNA。它們比DNA轉座子的複製數增加得更快。

它們也被認為參與基因的表觀遺傳調控以及它們賦予的不同特性，這在Agouti小鼠品種中透過逃避免基化和組蛋白修飾過程而觀察到。逆轉錄轉座子是分子生物學中研究最少的課題之一；更深入的研究可以揭示逆轉錄轉座子在不同生物體中的其他影響。