Retrotransposon

LTR retrotransposons hebben directe repeat LTR's die ongeveer 100 bp tot over 5 kb groot zijn. LTR retrotransposons worden verder op grond van de mate van overeenkomst van de sequentie en de volgorde van de codering van de genproducten onderverdeeld in

• Ty1-copia-achtige (Pseudoviridae-virussen),
• Ty3-gypsy-achtige (Metaviridae-virussen) en
• BEL-Pao-achtige

Ty1-copia en Ty3-gypsy retrotransposons komen gewoonlijk met zeer veel kopieën (meer dan enkele miljoenen kopieën per haploïde kern) voor bij dieren, schimmels, protisten en planten. BEL-Pao-achtige elementen zijn tot nu toe alleen bij dieren gevonden.[6][7]

Retrovirussen hebben veel dezelfde kenmerken als LTR retrotransposons. Een belangrijk verschil met Ty1-copia en Ty3-gypsy retrotransposons is echter dat retrovirussen een envelopeiwit (ENV) hebben. Een retrovirus kan omgezet worden in een LTR retrotransposon door inactivatie of deletie van het eiwitmotief dat ervoor zorgt dat het virus zich buiten de cel kan verspreiden. Bij infectie en opname in het genoom van kiemachtige cellen van de gastheer kan het retrovirus zich verticaal vespreiden en wordt het een endogeen (van binnen uit) retrovirus (ERV).[7] Het menselijk genoom bestaat tot ongeveer 8% uit endogene retrovirussen en bij de huismuis (Mus musculus) is dit ongeveer 10%.[8]

In plantengenomen vormen LTR retrotransposons de belangrijkste klasse van repeats.[9]

Ty1-copia retrotransposons komen veel voor in de eencellige soorten van algen tot Embryophyta, naaktzadigen en bedektzadigen. Ze coderen vier eiwitmotieven in de volgorde: protease, integrase, reverse-transcriptase en ribonuclease H.

Er zijn ten minste twee classificatiesystemen voor de indeling van Ty1-copia retrotransposons in vijf verwantschapslijnen:[10][11]

• Sireviruses/Maximus,
• Oryco/Ivana, Retrofit/Ale,
• TORK (onderverdeeld in:
  • Angela/Sto,
  • TAR/Fourf,
  • GMR/Tork) en
• Bianca.

Sireviruses/Maximus retrotransposons bevatten een vermoedelijk extra gen voor het envelopeiwit. Deze afstammingslijn is vernoemd naar de ontdekker van het element SIRE1 in het sojaboon-genoom,[12] en is later ook beschreven in veel soorten zoals mais (Zea mays),[13] zandraket (Arabidopsis thaliana),[14] biet (Beta vulgaris),[15] en zeeden (Pinus pinaster).[16] Planten-Sirevirussen van vele gesequencde plantengenomen zijn opgenomen in de MASIVEdb Sirevirus database.[17]

Ty3-gypsy retrotransposons (Metaviridae) komen wijdverspreid in planten voor. Ze coderen voor ten minste vier eiwitmotieven in de opeenvolgende orde: protease, reverse-transcriptase, ribonuclease H en integrase. Op basis van de structuur, aan-/afwezigheid van specifieke eiwitmotieven en geconserveerde eiwitsequentie motieven worden ze ingedeeld in de volgende afstammingslijnen:

• Errantivirussen bevatten een extra open leesraam voor een defect envelopeiwit met overeenkomsten met het retrovirale envelopeiwit gen. Dat voor het eerst is beschreven als Athila-elementen in zandraket (Arabidopsis thaliana)[18][19] en later ook gevonden in vele andere soorten zoals de sojaboon (Glycine max)[20] en biet (Beta vulgaris).[21]
• Chromovirussen bevatten een extra chromo-eiwitmotief (chromatine organisation modifier domain=chromatine organisatie veranderend eiwitmotief) op de C-terminus van hun integrase eiwit.[22][23] Ze komen wijdverspreid voor in planten en schimmels. Waarschijnlijk zijn dit tijdens de evolutie overgebleven eiwitmotieven[24] en zorgen ze voor de integratie van het retrotransposon in speciale invoegplaatsen.[25] Naar sequentie en structuur van het chromo-eiwitmotief worden chromovirussen ingedeeld in vier clades. Chromovirussen van iedere clade vertonen aparte integratiepatronen, bijvoorbeeld in centromeren of in de rRNA-genen.[26][27] De vier clades zijn:
  • CRM,
  • Tekay,
  • Reina en
  • Galadriel.
• Ogre-elementen {monster-elementen} zijn zeer lange Ty3-gypsy retrotransposons met een lengte tot meer dan 25 kb.[28] Ogre-elementen zijn voor het eerst beschreven bij de erwt (Pisum sativum).[29]
• Metavirussen omvatten conventionele Ty3-gypsy retrotransposons, die geen extra eiwitmotief of open leesramen hebben.

Endogene retrovirussen zijn endogene virale delen van het genoom die zeer veel op retrovirussen lijken en afgeleid zijn van deze virussen. Ze komen veel voor in de genomen van kaakdieren. Bij zoogdieren zijn ze de belangrijkste LTR retrotransposons. Zo bestaat het menselijk genoom voor ongeveer 1 tot 8% uit endogene retrovirussen.[30][31][31]

Non-LTR retrotransposons bestaan uit twee ondergroepen:

• long interspersed nuclear elements (LINE's) en
• short interspersed nuclear elements (SINE's).

Ze kunnen met veel kopieën in het genoom voorkomen, zoals bij planten.[32] Non-LTR retroposons komen wijdverspreid voor in de genomen van eukaryoten. LINE's hebben twee open leesramen die de benodigde functies coderen voor retrotranspositie. Tot deze functies behoren reverse-transcriptase en endonuclease activiteiten, naast een nucleïnezuurbindingeigenschap nodig voor het vormen van een ribonucleoproteïne-deeltje. Zo'n deeltje bestaat uit zowel een structureel RNA-molecuul als een of meer proteïnen.[33] SINE's, aan de ander kant, gebruiken de LINE-machinerie en functie als nietautonome retroelementen. Vroeger werden ze beschouwd als "junk-DNA", terwijl onderzoekers tegenwoordig denken dat in sommige weinig voorkomende gevallen zowel LINE's als SINE's opgenomen werden in nieuwe genen en zo evolueerde tot nieuwe functies.[34][35]