LTR retrotransposons의 다양성

 

LTR retrotransposons의 다양성

(이 글은 http://genomebiology.com/2004/5/6/225에 실린 리뷰 논문의 요약/번역 입니다.)

 

기본 배경

• Transposon - 움직이는 유전(자)요소, 다양한 메커니즘을 사용하여 유전체 안에서 복제됨

• Retrotransposon - RNA를 역전사하여 복제, cDNA가 생성이 되고 다른 유전자좌위로 들어감

• Retrovirus - 위 방법을 사용하여 복제되는 바이러스

(retrotransposon과 다른 점은 세포를 감염시킬 수 있음)

• Long Terminal Repeat (LTR) retrotransposon - retroelements(LTR, non-LTR, retrovurys)의 중요한 그룹 중 하나, 진핵 생물 유전체에서 가장 풍부한 구성체임

• Long Terminal Repeats - internal coding region 측면의 직접적인 반복 서열들, LTR retrotransposon과 구조 및 효소 단백질을 생성하는 유전자들을 포함함

• gag gene - 바이러스와 같은 분자를 형성하는 구조 단백질 생성

• pol gene - 효소적 기능을 갖는 단백질들 생성 (protease, reverse transcriptase, integrase)

 

LTR retrotransposon의 메커니즘

^ LTR retrotransposons의 생활사

• 우리가 알고 있는 LTR retrotransposon의 매커니즘은 yeast의 retrotransposition에서 연구가 된 것임

• 다양한 생물에서 LTR retrotransposon의 매커니즘이 비슷하다고 가정함

• Retrotranposon의 RNA는 5' LTR에 위치한 promotor에서 생성된 RNA pol II에 의해 전사가 됨

• 이 RNA는 세포질에서 번역이 되어 바이러스와 같은 분자 단백질을 생성, 그 후 역전사와 삽입 단계를 거침

• 일반적으로 두 개의 RNA 분자가 하나의 바이러스와 같은 분자 안에 포장됨

• 그 후 RNA는 역전사를 통해 단축되지 않은 DNA가 됨

• 첫 번째로 cDNA가 생기는 곳은 5' LTR에 가까운 sequence로 tRNA와 쌍을 이루는 곳이다.

• 일부 cDNA('strong stop'DNS)는 역전사가 일어나는 5'과 3' LTR에서 이동한다.

• 두 번째로 cDNA가 생기는 곳은 3' LTR에서 가까운 polypurine tract에서 생긴다.

• Polyurine tract에서 생성된 cDNA는 추가적인 strand 이동을 거쳐서 double-strand cDNA가 된다.

• 마지막으로 cDNA는 host DNA안으로 삽입된다.(유전체 안에 또 다른 retrotransposon copy를 넣는다.)

 

LTR retrotransposon 다양성

^ LTR retrotransposons의 분류

• LTR retrotransposn은 모두 측면에 LTR이 있고, gag와 pol 유전자를 가지고 있음.

• 하지만 이들의 DNA 서열 및 유전체 구조가 다양함

• The International Conmmittee on Taxonomy of Viruses가 유전체 분석으로 retrotransposon의 관계를 알아내었음

• 이 관계의 바탕은 retrotranposon 단백질 중 가장 잘 보존된 RT protein의 아미노산으로 알아내었음

• 대부분의 진핵생물에 존재하는 Pseudoviridae, Metaviridae (retrotransposon families)는 pol 유전자 안의 coding region의 순서로 구분할 수 있음 (하지만 예외도 있음) 

 

• LTR retrotransposon classification system (새로운 element가 계속 발견되면서 종종 revise 됨)

• Psuedoviridae - [pseudoviruses(Ty1/copia), hemiviruses, sireviruses]

- sireviruses: 식물체에서 유래

- pseudoviruses: 역전사에 full tRNA primer를 사용, 3개의 계통으로 이루어짐

- hemiviruses: 역전사에 half tRNA primer를 사용

• Metaviridae - [metaviruses(Ty3/gypsy), errantiviruses, semotiviruses]

• DIRS group - protease가 없거나, integrase 대신에 tyrosine recombinase가 있음

 

gag와 pol 유전자들의 구성

• gag와 pol 유전자의 순서와 발현이 다르다

• 하나의 mRNA에서 다양한 protein이 나오듯이, gag와 pol도 frameshift 또는 stop codon으로 분리가 되고, 때로는 reading frame이 translational machinery에 의해 무시된다.

• VLP를 만들고 retrotransposon을 복제하기 위해서는 Pol 보다 Gag가 더 많이 필요하다.

• 무시되는 stop codon 또는 ribosomal frameshifting (recoding)은 두 단백질의 비율을 조절하는데 쓰인다.

 

LTR retrotransposons 안의 추가적인 open reading frames

^ LTR retrotransposon의 종류와 유전체 구조

(PBS: primer-binding site, PPT: polyurine tract, PR: protease, IN: integrase, RT: revese transcriptase,

ORF: open reading frame, LARDS: large retrotransposon derivatives, TRIMS: terminal-repeat retrotransposons in miniature, Upside-down ORF: antisense)

1. Retrotransposon과 'env-like' 유전자들

• Retrotransposon과 retrovirus의 다른 점은 envelope (env) 유전자의 유무이다.

• 몇몇 retroelements들은 env 유전자가 있는 지역에 추가적인 env 비슷한 ORF가 있음

2. 다른 추가적인 ORFs

• 어떤 retrotransposon은 gag 유전자의 위 부분에 기능을 모르는 ORF가 있는 것도 있음

• 어떤 retrotransposon은 antisense의 기능을 모르는 ORF를 가지고 있는 것도 있음

 

ORFs가 없는 LTR retrotransposons

• Non-autonomous elements - transposition에 사용되는 단백질들을 생성하지 않음

• 대신에 이들은 autonomous element들에 의해 생성되는 단백질에 의해 in trans 이동을 함

• Non-autonomous elements들은 단백질을 생성하는 능력이 없지만 LTR, PBS, PPT 안에 있음

• 이것이 복제를 하기 위한 최소한의 요구사항임

• Large retrotransposon derivatives (LARDS) - large non-autonomous elements

• Terminal-repeat retrotransposons in miniature (TRIMS) - small non-autonomous elements

 

LTR retrotransposons의 non-coding 정보

• 몇몇의 retrotransposon은 대량의 잘 보존된 non-coding sequence을 가지고 있다.

• 몇몇의 retrotransposon은 pol과 3'LTR 사이에 몇 kilobase의 non-coding DNA를 가지고 있다.

• 몇몇의 retrotransposon은 pol의 3'end 쪽에 short tandem repeats를 가지고 있다

 

결론

진핵생물의 유전체 정보가 더욱 많이 밝혀짐에 따라 LTR retrotransposon의 다양성이 나타나고 있다.

향후 도전은 retrotransposon 유전체 다양성이 어떻게 retrotransposition mechanisms을 일으키고, host 유전체를 잠식하는가에 대한 이해를 하는 것 이다.

 

출처 - http://genomebiology.com/2004/5/6/225