Retrotransposón

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Retrotransposón.

Un retrotransposón (también llamados transposones a través de productos intermedios de ARN) son elementos genéticos que se pueden amplificar a sí mismos en un genoma y son ubicuos componentes del ADN de muchos organismos eucariotas. Según los analísis filogenéticos los retrotransposones se originaron de los intrones del grupo II procariotas después del momento que darían origen a los eucariotas.

Ellos son una subclase de transposón, y son particularmente abundantes en las plantas, donde a menudo son un componente principal de ADN nuclear.

En las plantas: en el maíz, 49-78% del genoma se compone de retrotransposones.[1]​ En el trigo, aproximadamente el 90% del genoma consiste en secuencias repetidas y el 68% de elementos transponibles.[2]

En los animales: en mamíferos, casi la mitad del genoma (del 45% al 48%) comprende transposones o restos de transposones. Alrededor de 42% del genoma humano está compuesto de retrotransposones, mientras que los transposones de ADN representan aproximadamente el 2-3%.[3]

Hay dos tipos principales de retrotransposón, LTR y no LTR. Los retrotransposones se clasifican según la secuencia y el método de transposición. La mayoría de los retrotransposones en el genoma del maíz son LTR, mientras que en los humanos en su mayoría no son LTR. Los retrotransposones (principalmente del tipo LTR) se pueden pasar a la próxima generación de una especie huésped a través de la línea germinal.

El otro tipo de transposón es el transposón de ADN. Los transposones de ADN se insertan en diferentes ubicaciones genómicas sin copiarse, lo que puede causar mutaciones dañinas (ver transferencia horizontal de genes). Por lo tanto, los retrotransposones pueden considerarse replicativos, mientras que los transposones de ADN no son replicativos. Debido a su naturaleza replicativa, los retrotransposones pueden aumentar el tamaño del genoma eucariota rápidamente y sobrevivir en genomas eucariotas de forma permanente. Se cree que permanecer en genomas eucariotas durante períodos tan largos dio lugar a métodos de inserción especiales que no afectan drásticamente la función del gen eucariota.

Retrotransposones LTR[editar]

Mecanismo de retroposición.

Se pueden encontrar largas cadenas de ADN repetitivo en cada extremo de un retrotransposón LTR. Estos se denominan repeticiones terminales largas (LTR) que tienen cada uno unos cientos de pares de bases de largo, por lo tanto, los retrotransposones con LTR tienen el nombre de retrotransposón de repetición terminal larga (LTR). Los retrotransposones LTR tienen más de 5 kilobases de largo. Entre las repeticiones terminales largas hay genes que pueden transcribirse de manera equivalente a los genes retrovirus gag y pol. Estos genes se superponen, por lo que codifican una proteasa que procesa la transcripción resultante en productos genéticos funcionales. Los productos del gen Pol incluyen enzimas transcriptasa inversa, integrasa y dominios de ribonucleasa H. La transcriptasa inversa lleva a cabo la transcripción inversa del ADN del retrotransposón. Integrase 'integra' el ADN del retrotransposón en el ADN del genoma eucariota. La ribonucleasa corta los enlaces fosfodiéster entre los nucleótidos de ARN.

Los retrotransposones de LTR codifican transcripciones con sitios de unión de ARNt para que puedan someterse a la transcripción inversa. El transcrito de ARN unido a ARNt se une a una secuencia de ARN genómico. La cadena de plantilla de ADN de retrotransposón puede por lo tanto sintetizarse. Los dominios de ribonucleasa H degradan el ARN genómico eucariota para dar secuencias de ADN ricas en adenina y guanina que señalan dónde debe sintetizarse la cadena complementaria no codificante. La integrasa luego 'integra' el retrotransposón en el ADN eucariota utilizando el grupo hidroxilo al comienzo del ADN del retrotransposón. Esto da como resultado un retrotransposón marcado por largas repeticiones terminales en sus extremos. Debido a que el retrotransposón contiene información sobre el genoma eucariota, puede insertar copias de sí mismo en otras ubicaciones genómicas dentro de una célula eucariota.

Según los analísis filogenéticos los retrotransposones evolucionaron de los intrones procariotas del grupo II.

Retrotransposones no LTR[editar]

Al igual que los retrotransposones LTR, los retrotransposones no LTR contienen genes para la transcriptasa inversa, la proteína de unión al ARN, la nucleasa y a veces, el dominio ribonucleasa H, pero carecen de repeticiones terminales largas. La proteína de unión a ARN se une al intermediario de transposición de ARN. Las nucleasas son enzimas que rompen los enlaces fosfodiéster entre nucleótidos en ácidos nucleicos. En cambio, tienen repeticiones cortas que pueden tener un orden invertido de bases una al lado de la otra, aparte de las repeticiones directas que se encuentran en los retrotransposones LTR, que es solo una secuencia de bases que se repiten.

Aunque son retrotransposones, no pueden llevar a cabo la transcripción inversa utilizando un intermediario de transposición de ARN de la misma manera que los retrotransposones LTR. Esos dos componentes clave del retrotransposón aún son necesarios, pero la forma en que se incorporan a las reacciones químicas es diferente. Esto se debe a que, a diferencia de los retrotransposones LTR, los retrotransposones no LTR no contienen secuencias que se unen a ARN.

En su mayoría se dividen en dos tipos: LINE y SINE. Los elementos SVA son la excepción entre los dos, ya que comparten similitudes tanto con los LINE como con los SINE, que contienen elementos Alu y diferentes números de la misma repetición. Los SVA son más cortos que los LINE pero más largos que los SINE.

Aunque históricamente visto como "ADN basura", la investigación sugiere que, en algunos casos, tanto los LINE como los SINE se incorporaron a genes nuevos para formar nuevas funciones.

LINE[editar]

Cuando se transcribe un elemento LINE, la transcripción contiene un promotor de ARN polimerasa II que garantiza que los LINE se puedan copiar en cualquier ubicación en la que decida insertarse. La ARN polimerasa II es la enzima que transcribe genes en transcripciones de ARNm. Los extremos de las transcripciones de LINE son ricas en adeninas múltiples, las bases que se agregan al final de la transcripción para que las transcripciones de LINE no se degraden. Esta transcripción es la transposición de ARN intermedia.

El intermedio de transposición de ARN se mueve desde el núcleo al citoplasma para la traducción. Esto proporciona las dos regiones de codificación de un LINE que a su vez se une al ARN del que se transcribe. Luego, el ARN LINE vuelve al núcleo para insertarse en el genoma eucariota.

Los INE se insertan en regiones del genoma eucariota que son ricas en bases AT. En las regiones AT, LINE utiliza su nucleasa para cortar una cadena del ADN eucariota bicatenario. La secuencia rica en adenina en la base de transcripción LINE se empareja con la hebra cortada para marcar dónde se insertará la LINE con grupos hidroxilo. La transcriptasa inversa reconoce estos grupos hidroxilo para sintetizar el retrotransposón LINE donde se corta el ADN. Al igual que con los retrotransposones LTR, este nuevo LINE insertado contiene información sobre el genoma eucariota para que se pueda copiar y pegar fácilmente en otras regiones genómicas. Las secuencias de información son más largas y más variables que las de los retrotransposones LTR.

La mayoría de las copias LINE tienen una longitud variable al comienzo porque la transcripción inversa generalmente se detiene antes de que se complete la replicación del ADN. En algunos casos, esto hace que se pierda el promotor de ARN polimerasa II, por lo que los LINE no pueden transponerse más.

SINE[editar]

Los SINE son mucho más cortos (300 pb) que los LINE. Comparten similitud con genes transcritos por la ARN polimerasa II, la enzima que transcribe genes en transcripciones de ARNm, y la secuencia de iniciación de la ARN polimerasa III, la enzima que transcribe genes en ARN ribosómico, ARNt y otras pequeñas moléculas de ARN.

Los SINE no codifican una proteína funcional de transcriptasa inversa y dependen de otros transposones móviles, especialmente los LINE. Los SINE explotan los componentes de transposición de LINE a pesar de que las proteínas de unión a LINE prefieren unirse al ARN de los LINE. Los SINE no pueden transponerse por sí mismos porque no pueden codificar transcripciones SINE. Generalmente consisten en partes derivadas de ARN y LINEs. La porción de ARNt contiene un promotor de ARN polimerasa III que es el mismo tipo de enzima que la ARN polimerasa II. Esto asegura que las copias de LINE se transcriban en ARN para una mayor transposición. El componente LINE permanece para que las proteínas de unión a LINE puedan reconocer la parte LINE del SINE.

Elementos SVA[editar]

Los elementos SVA están presentes en niveles más bajos que SINES y LINEs en humanos. Los comienzos de los elementos SVA y Alu son similares, seguidos de repeticiones y un final similar al retrovirus endógeno. Las líneas se unen a sitios que flanquean elementos SVA para transponerlos. SVA es uno de los transposones más jóvenes en el genoma de los grandes simios y uno de los más activos y polimórficos de la población humana.

Un estudio reciente desarrolló un método de red que revela la dinámica de proliferación de retroelemento SVA (RE) en genomas de homínidos. El método permite rastrear el curso de la proliferación de SVA, identificar comunidades activas aún desconocidas y detectar tentativas "RE maestras" que desempeñan papeles clave. en propagación de SVA. Por lo tanto, brinda apoyo al modelo fundamental de “gen gen” de la proliferación de RE.

Retrovirus endógenos[editar]

Un retrovirus endógeno es una porción de un retrovirus sin efectos patógenos que se ha integrado en el genoma del huésped mediante la inserción de su información genética heredable en las células que pueden transmitirse a la próxima generación como un retrotransposón. Debido a esto, comparten características con retrovirus y retrotransposones. Cuando el ADN retroviral se integra en el genoma del huésped, evoluciona a retrovirus endógenos que influyen en los genomas eucariotas. Tantos retrovirus endógenos se han insertado en genomas eucariotas que permiten conocer la biología entre las interacciones viral-huésped y el papel de los retrotransposones en la evolución y la enfermedad. Muchos retrotransposones comparten características con los retrovirus endógenos, la propiedad de reconocer y fusionarse con el genoma del huésped. Sin embargo, existe una diferencia clave entre los retrovirus y los retrotransposones, que está indicado por el gen env. Aunque es similar al gen que realiza la misma función en los retrovirus, el gen env se usa para determinar si el gen es retroviral o retrotransposón. Si el gen es retroviral, puede evolucionar de un retrotransposón a un retrovirus. Se diferencian por el orden de las secuencias en los genes pol. Los genes Env se encuentran en los tipos de retrotransposones LTR Ty1-copia, Ty3-copia y BEL / Pao. Codifican glicoproteínas en la envoltura de retrovirus necesaria para entrar en la célula huésped. Los retrovirus pueden moverse entre las células, mientras que los retrotransposones LTR solo pueden moverse dentro del genoma de la misma célula. Muchos genes vertebrados se formaron a partir de retrovirus y retrotransposones LTR. Un retrovirus endógeno o retrotransposón LTR tiene la misma función y ubicaciones genómicas en diferentes especies, lo que sugiere su papel en la evolución.

Papel en la evolución[editar]

Los retrotransposones LTR aparecieron más antes que los retrotransposones no LTR, posiblemente de un retrotransposón ancestral no LTR que adquirió una integrasa de un transposón de ADN. Los retrovirus adquirieron propiedades adicionales en sus envolturas de virus al tomar los genes relevantes de otros virus usando el poder del retrotransposón LTR.

Debido a su mecanismo de retrotransposición, los retrotransposones se amplifican en número rápidamente, componiendo el 40% del genoma humano. Las tasas de inserción para los elementos LINE1, Alu y SVA son 1/200 - 1/20, 1/20 y 1/900 respectivamente. Las tasas de inserción de LINE1 han variado mucho en los últimos 35 millones de años, por lo que indican puntos en la evolución del genoma.

Cabe destacar que una gran cantidad de 100 kilobases en el genoma del maíz muestran variedad debido a la presencia o ausencia de retrotransposones. Sin embargo, dado que el maíz se compara genéticamente inusualmente con otras plantas, no se puede usar para predecir la retrotransposición en otras plantas.

Las mutaciones causadas por retrotransposones incluyen:

  • Inactivación de genes.
  • Regulación genética cambiante.
  • Cambio de productos genéticos.
  • Actuando como sitios de reparación del ADN.

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. SanMiguel P, Bennetzen JL (1998). «Evidence that a recent increase in maize genome size was caused by the massive amplification of intergene retrotranposons». Annals of Botany 82 (Suppl A): 37-44. doi:10.1006/anbo.1998.0746. 
  2. Li W, Zhang P, Fellers JP, Friebe B, Gill BS (noviembre de 2004). «Sequence composition, organization, and evolution of the core Triticeae genome». Plant J. 40 (4): 500-11. PMID 15500466. doi:10.1111/j.1365-313X.2004.02228.x. 
  3. Lander ES, Linton LM, Birren B, et al. (febrero de 2001). «Initial sequencing and analysis of the human genome». Nature 409 (6822): 860-921. PMID 11237011. doi:10.1038/35057062.