LTRレトロトランスポゾン

LTR レトロトランスポゾンは、内部コード領域を直接挟む長い末端反復配列(LTR)の存在を特徴とするクラス I 転移因子 (TE) です。レトロトランスポゾンとして、それらはmRNAの逆転写と、新しく作成されたcDNAの別のゲノム位置への統合によって移動します。それらのレトロ転位のメカニズムはレトロウイルスと共有されていますが、LTR レトロトランスポゾンの水平伝播の速度は、活性 TE 挿入を子孫に渡すことによる垂直伝播よりもはるかに低いという違いがあります。ウイルス様粒子を形成する LTR レトロトランスポゾンは、 Orterviralesに分類されます。

その大きさは数百塩基対から30kbまでの範囲で、現在までに報告された最大の種はSchmidtea mediterraneaのBurroレトロトランスポゾンファミリーのメンバーである。^[1]

植物ゲノムにおいて、LTRレトロトランスポゾンはトウモロコシゲノムの75%以上を構成する主要な反復配列クラスです。^[2] LTRレトロトランスポゾンはヒトゲノムの約8%、マウスゲノムの約10%を占めています。^[3]

LTR レトロトランスポゾンは、約 100 bp から 5 kb を超えるサイズまでの範囲の直接的な 長い末端反復配列を持つ。LTR レトロトランスポゾンは、配列類似性の程度とコードされる遺伝子産物の順序に基づいて、Ty1- copia様( Pseudoviridae )、Ty3-like ( Metaviridae、正式には Gypsy-like と呼ばれるが、この名前は廃止が検討されている^[4] )、および BEL-Pao-like ( Belpaoviridae ) グループにさらに分類される。Ty1- copiaおよび Ty3-Metaviridae グループのレトロトランスポゾンは、動物、菌類、原生生物、および植物のゲノムに高コピー数 (半数体 核あたり最大数百万コピー) でよく見られる。BEL-Pao 様要素は、これまでのところ動物でのみ見つかっている。^{[5] [6]}

すべての機能的なLTRレトロトランスポゾンは、複製に十分な最低2つの遺伝子、gagとpolをコードしています。Gagは、カプシドとヌクレオカプシドドメインを持つポリタンパク質をコードしています。^[7] Gagタンパク質は、逆転写が起こる細胞質内でウイルスのような粒子を形成します。Pol遺伝子は、プロテアーゼ（PR）、RT（逆転写酵素）とRNAse Hドメインを備えた逆転写酵素、およびインテグラーゼ（IN）の3つのタンパク質を生成します。^[8]

通常、LTRレトロトランスポゾンmRNAは、 5' LTRにあるプロモーターに作用する宿主RNA pol IIによって生成されます。Gag遺伝子とPol遺伝子は同じmRNAにコード化されています。宿主種に応じて、2つの異なる戦略を使用して2つのポリタンパク質を発現できます。1つは単一のオープンリーディングフレーム（ORF）に融合して切断する方法、もう1つは2つのORF間にフレームシフトを導入する方法です。^[9]時折のリボソームフレームシフトにより、両方のタンパク質が生成され、ウイルス様粒子を形成するためにより多くのGagタンパク質が生成されます。

逆転写は通常、5'-LTRのすぐ下流にある短い配列から開始され、プライマー結合部位（PBS）と呼ばれます。特定の宿主tRNAがPBSに結合し、逆転写のプライマーとして機能します。これは複雑で多段階のプロセスで発生し、最終的に二本鎖cDNA分子を生成します。cDNAは最終的に新しい場所に組み込まれ、短いTSD（ターゲットサイト重複）^[10]を作成し、宿主ゲノムに新しいコピーを追加します 。

Ty1- copiaレトロトランスポゾンは、単細胞藻類からコケ植物、裸子植物、被子植物に至るまでの種に豊富に存在し、プロテアーゼ、インテグラーゼ、逆転写酵素、リボヌクレアーゼ Hの順に 4 つのタンパク質ドメインをコードしています。

Ty1-コピアレトロトランスポゾンを5つの系統に細分するための分類システムが少なくとも2つ存在します：^{[11] [12]} シレウイルス/Maximus、Oryco/Ivana、Retrofit/Ale、TORK（Angela/Sto、TAR/Fourf、GMR/Torkに細分化されます）、およびBianca。

サイレウイルス/Maximusレトロトランスポゾンには、推定エンベロープ遺伝子が追加されています。この系統は、 Glycine maxゲノムの創始要素SIRE1にちなんで名付けられ、^{[13]その後、} Zea mays、^[14] Arabidopsis thaliana、^[15] Beta vulgaris、^[16] Pinus pinaster ^[17]などの多くの種で説明されました。配列が決定された多くの植物ゲノムの植物サイレウイルスは、MASIVEdbサイレウイルスデータベースにまとめられています。^[18]

Ty3 レトロトランスポゾンは、裸子植物と被子植物の両方を含む植物界に広く分布しています。これらは、プロテアーゼ、逆転写酵素、リボヌクレアーゼ H、インテグラーゼの順に少なくとも 4 つのタンパク質ドメインをコードします。構造、特定のタンパク質ドメインの有無、保存されたタンパク質配列モチーフに基づいて、これらはいくつかの系統に細分化できます。

エランチウイルスには、レトロウイルスのエンベロープ遺伝子と類似した欠陥のあるエンベロープORFが含まれています。これらは、シロイヌナズナのAthila要素として最初に記述されましたが、^{[19] [20]、後に}Glycine max ^[21]やBeta vulgaris ^[22]などの多くの種で特定されました。

クロモウイルスは、インテグラーゼタンパク質のC末端に追加のクロモドメイン（クロマチン組織修飾ドメイン）を含む。 [ 23 ^{] [24]}クロモウイルスは植物や真菌に広く分布しており、おそらくこれら2つの界の進化の過程でタンパク質ドメインを保持してきた。^[25]クロモドメインは、レトロトランスポゾンの統合を特定の標的部位に誘導すると考えられている。^[26]クロモウイルスは、クロモドメインの配列と構造に応じて、CRM、Tekay、Reina、Galadrielの4つの系統に分類される。各系統のクロモウイルスは、セントロメアやrRNA遺伝子など、独特の統合パターンを示す。^{[27] [28]}

Ogre要素は、長さが最大25kbに達する巨大なTy3レトロトランスポゾンです。^{[29] Ogre要素は}、Pisum sativum で初めて記述されました。^[30]

メタウイルスは、追加のドメインや ORF を含まない 従来の Ty3-ジプシーレトロトランスポゾンを表します。

Ty3長末端反復レトロトランスポゾンのSushiファミリーは、最初に硬骨魚類で同定され、その後Sushi様新遺伝子が哺乳類で同定されました。^[31]哺乳類レトロトランスポゾン由来転写物（MART）は転座できませんが、オープンリーディングフレームを保持しており、高度な進化的保存性を示し、選択圧の影響を受けます。これは、一部が新しい細胞機能を持つ新機能遺伝子になっていることを示唆しています。^[31]レトロトランスポゾンgag-like-3（RTL3 / ZCCHC5 / MART3）は、ヒトゲノムで同定された11のSushi様新遺伝子の1つです。^[31]

BEL/paoファミリーは動物に見られる。^[32]

レトロウイルスは別々に分類されることが多いが、LTRレトロトランスポゾンと多くの特徴を共有している。Ty1- copiaおよびTy3- gypsyレトロトランスポゾンとの主な違いは、レトロウイルスにはエンベロープタンパク質（ENV）があることである。レトロウイルスは、細胞外移動を可能にするドメインを不活性化または削除することで、LTRレトロトランスポゾンに変換することができる。このようなレトロウイルスが感染し、その後生殖細胞ゲノムに挿入されると、垂直伝播して内因性レトロウイルスになる可能性がある。^[6]

LTRレトロトランスポゾンの中には、コーディングドメインを全て欠いているものがある。その短いサイズのため、これらはミニチュア末端反復レトロトランスポゾン（TRIM）と呼ばれている。^{[33] [34]それでも、TRIMは、自律的なTy1-} copiaまたはTy3- gypsyレトロトランスポゾンのコーディングドメインに依存する可能性があるため、レトロトランスポーズすることができる。TRIMの中では、Cassandraファミリーが例外的な役割を果たしており、このファミリーは高等植物に非常に広く分布している。^[35]他のすべての特徴付けられたTRIMとは対照的に、Cassandra要素はLTR配列に5S rRNAプロモーターを持っている。^[36]全長が短く、隣接するLTRの寄与が比較的高いため、TRIMは組み換えによる再配置を受けやすい。^[37]