レトロザイム

レトロザイムはレトロトランスポゾンのファミリーであり、最初は植物のゲノムで発見されましたが^[1]、現在では動物のゲノムでも知られています^[2]。レトロザイムは、その配列にハンマーヘッドリボザイム(HHR) を含みます (そのため、レトロザイムという名前は、レトロトランスポゾンとハンマーヘッドリボザイムを組み合わせたものです) が、コーディング領域は持ちません。レトロザイムは非自律的なレトロエレメントであるため、他のエレメントからタンパク質を借りてゲノムの新しい領域に移動します。レトロザイムは、共有結合で閉じた環状 RNA (circRNA または cccRNA) に活発に転写され、両極性で検出されます。これは、そのライフサイクルでローリングサークル複製を使用していることを示している可能性があります。^[3]

植物のレトロザイムのゲノム構造には、約 300～600 nt に及ぶ中央の非コード領域と、 HHR モチーフを含む約 300～400 ntの長い末端反復配列が両側に含まれています。また、移動中に DNA 合成をプライミングするために必要な 2 つの配列 (tRNA-Met 配列に相補的なプライマー結合部位(PBS) とポリプリン領域 (PPT)) があります。植物ゲノムの他の要素と比較してレトロザイムの最も際立った特徴は、ハンマーヘッド リボザイムです。それ以外は、末端反復レトロトランスポゾン イン ミニチュア (TRIM) や小型 LTR レトロトランスポゾン (SMART) など、植物ゲノムの他の既知の特徴に似ています。PBS、PPT、および HHR モチーフは、レトロザイム配列で保存性と相同性を示す唯一の部分です。^[4]現在、レトロザイムは、多くの真核生物でペネロペ様要素（PLE）として知られている大規模なレトロトランスポゾンファミリーから進化したと考えられています。レトロザイムは、タイプI HHR、タンデムコピーとしての存在、現在までに分析されたすべての後生動物での共存など、PLEといくつかの特異な特徴を共有しています。^{[2] [4]}

レトロザイムは現在、170ntほどの小さな配列サイズから1,116ntほどの大きな配列サイズに達することが知られています。より小さなレトロザイムは、地中海ムール貝（Mytilus galloprovincialis ）のゲノム中の300ntのレトロザイムのように、典型的には無脊椎動物に見られます。最大のレトロザイムは1,116ntの長さで、 Jatropha curcasの株のゲノムで発見されました。^[5]

現在、レトロザイムおよび類似要素の唯一のデータベースは ViroidDB であり、これには国立生物工学情報センターのヌクレオチドデータベースから取得した 73 個のレトロザイムの配列が含まれています。^[6]特にレトロザイムの配列は、レトロザイムには現在分類学上の分類がないため、最初はGenBankから直接個別に検索され、ダウンロードされました。 ^[6]実験室でレトロザイムを研究するためのいくつかの方法が開発されています。^[7]

レトロザイムは植物の異なる組織に異なる蓄積をします。さらに、一部の植物種の栽培化された同等物にはレトロザイムのコピーが大幅に少なく含まれており、栽培化がレトロザイム配列に負の選択圧をかけていることを示しています。植物のレトロザイムのもう1つの興味深い特徴は、レトロトランスポゾンの大部分が不活性であるにもかかわらず、レトロザイムが活発に転写されることです。^[1]

最も小さいレトロザイムは無脊椎動物に見られるもので、その大きさは170～400ntである。これらは少なくともほとんどの細胞型で発現しているようである。植物と同様に、動物のレトロザイムも体細胞と生殖細胞の両方で高レベルで発現している。レトロザイムは線状と環状の両方の形で見つかっているが、生体内では環状レトロザイムのレベルの方がはるかに豊富であり、線状形は複製中にHHRモチーフによって自己切断された産物か、精製中に自然に切断された結果である可能性がある。^[2]

動物レトロザイムは、植物レトロザイムといくつかの点で異なる。異なるタンパク質が、複製サイクル中に植物および動物レトロザイムを環状化し、可逆的に転写する。動物レトロザイムは、植物レトロザイムに知られている特徴的な長末端反復配列、PBS、およびPPTをすべて欠いている。また、植物レトロザイムはHHRモチーフのコピーを1つまたは2つしか持たないのに対し、動物レトロザイムはそのようなコピーを多数持つ可能性がある。動物レトロザイムはまた、標的側重複（TSD）に挟まれたより小さなタンデム反復配列を持つ。動物のTSDは通常8～12bpで、植物に見られる4bpのTSDよりもわずかに大きい。^[8]

レトロザイム配列は、まず宿主のポリメラーゼによって転写される。その産物はオリゴマーRNA配列であり、これはレトロザイム配列の複数のコピーを含む単一の転写産物である。次にハンマーヘッド型リボザイムモチーフが自己触媒的に自己切断を行い、オリゴマー転写産物を複数のモノマー転写産物に分離する。各転写産物にはレトロザイム配列のコピーが1つだけ含まれる。このコピーは複製サイクルの中間体であり、元の配列とは反対の極性を持ち、5'-ヒドロキシル末端と2'-3'-環状リン酸末端を持つ。宿主のリガーゼタンパク質がこの中間体を環状化し、安定した環状RNA分子にする可能性がある。植物では、このリガーゼは葉緑体tRNAリガーゼである。葉緑体tRNAリガーゼによる環状化への依存は、Avsunviroidae科のウイロイドでも見られる。動物では、このリガーゼはRtcB tRNAリガーゼである。レトロザイムRNAの対応する相補DNAを生成するには、異なるレトロトランスポゾンからの逆転写酵素活性が必要であり、このcDNAの極性は元の配列の極性に対応する。植物と動物のレトロザイムは、RNA分子のcDNAコピーを生成するために異なるレトロトランスポゾンに依存している。植物では、ジプシーファミリーのLTRレトロトランスポゾンが使用される。動物ではどのタイプのレトロトランスポゾンが依存されているかは明らかではないが、これらはLINEやPLEなどのクラスである可能性がある。DNAコピーが生成された後、レトロザイム配列はゲノム遺伝子座に再挿入される機会がある。^[2]

レトロザイムは、可動性遺伝要素（MGE）のタイプ、特にウイロイド、サテライトRNA（satRNA）、およびリボザイムウイルス（最近説明されたウイルスの領域^[9]）と密接な類似性を持っています。 1つには、ハンマーヘッドリボザイム（HHR）モチーフがこれらすべての要素に見られます。 これらの要素はローリングサークル複製によっても複製され、HHRモチーフは保存された部位で環状RNA分子を切断する自己触媒の役割を果たします。 さらに、これらすべての要素は、その配列を転写するために宿主ポリメラーゼと、それらを環状RNA分子に再環状化するためにリガーゼに依存しています。 レトロザイムは、一部のsatRNAやAvsunviroidae（ウイロイドの2つのクラスの1つ）と同様に、分岐した構造を形成します。^[3]

その単純さから、ウイロイドはRNAワールドに由来し、その名残であると示唆する者が多くいる。^{[10] [11] [12]}他の提案には、ウイロイドはサイズが退化し、タンパク質コード遺伝子を失った他のウイルスに由来するものが含まれる。これらの提案に対しては、いくつかの異議が提起されている。顕花植物におけるウイロイドとサテライトRNAの範囲が限られていること（細菌と古細菌では発見されていない）は、それらの起源が真核生物の出現よりも後であることを示している。^[11]レトロザイムに関連する最近の発見と進歩により、レトロザイムがウイロイドとサテライトRNAの起源であるという現在の仮説が導かれた。^[4]リボザイウイルスとの関係はそれほど単純ではない。リボザイウイルスは、レトロザイム、ウイロイド、サテライトよりも複雑である。タンパク質コード遺伝子を保持する唯一のウイロイド様要素である。この遺伝子はカプシドをコードしており、これが翻訳後修飾を受けて異なる形態を生じ、それらが一緒になって宿主内でさまざまな機能を果たし、そのライフサイクルを可能にしている。さらに、リボザイウイルスは動物系統にのみ広く見られるのに対し、ウイロイドとサテライト RNA はどちらも植物に感染することが知られている。動物におけるリボザイウイルスの狭い範囲の広がりは、ウイロイドの起源が植物にあるという強力な証拠と相まって、リボザイウイルスがより新しいクラスの MGE であることを示唆している。リボザイウイルスはウイロイドから出現し、その後水平遺伝子伝播によって動物に移り、ある時点でタンパク質コード遺伝子を獲得した可能性がある。あるいは、レトロザイムは植物と動物の両方で知られているため、レトロザイムが独立して動物系統でリボザイウイルスを生じた可能性がある。^[3]ウイロイドやその他のウイロイド様要素がレトロザイムから一度出現したのか、それとも複数回出現したのかは不明であり、RNAワールドにまで遡る可能性は低いものの、理論上の複製子サイズの下限に近い最小の複製子としての重要性を強調する人もいます。^[3]

• ハンマーヘッドリボザイム
• レトロトランスポゾン
• リボジウイルス
• 衛星（生物学）
• ウイロイド
• ウイルス

• ViroidDB、ウイロイドおよびウイロイド様環状RNAのデータベース