LINE 1

LINE1 (גם L1 או LINE-1) היא משפחה של רטרוטרנספוזונים מסוג I שקיימים ב-DNA של חלק מהאורגניזמים. משפחה זו נמנית עם האלמנטים הגרעיניים הארוכים ( LINEs). רטרוטרנספוזונים מסוג L1 מהווים כ-17% מהגנום האנושי. רובם אינם פעילים, אם כי כ-80–100 שמרו על היכולת לבצע טרנספוזיציה, עם שונות ניכרת בין פרטים. L1s פעילים אלה יכולים ליצור הפרעה בגנום. פעילות L1 תרמה לחוסר היציבות והאבולוציה של גנומים והיא מווסתת באופן הדוק בתאי המין על ידי מתילציה של DNA, שינויים היסטונים ו-piRNA. L1s יכולים להשפיע גם על שונות הגנום באמצעות התאמה שגויה והצלבה לא שוויונית במהלך המיוזה בגלל רצפי ה-DNA החוזרים על עצמם. תוצרי גן L1 נדרשים גם על ידי רטרוטרנספוזונים רבים של Alu ו-SVA SINE שאינם עצמאיים. נמצא כי מוטציות שנגרמו על ידי L1 והאלמנטים הלא עצמאיים גורמות למגוון מחלות תורשתיות וסומאטיות. בשנת 2011, דווח כי L1 אנושי התגלה בגנום של חיידקי הזיבה, ככל הנראה שהגיע לשם בהעברת גנים אופקית. אלמנט L1 טיפוסי הוא באורך של כ-6,000 זוגות בסיסים (bp) ומורכב משתי מסגרות קריאה פתוחות שאינן חופפות (ORFs) אשר מוקפות על ידי אזורים לא מתורגמים (UTRs) וכפילויות של אתר יעד. בבני אדם, חושבים ש-ORF2 מתורגם על ידי מנגנון סיום/התחלה מחדש לא קונבנציונלי, בעוד L1s של עכברים מכילים אתר כניסה לריבוזום פנימי (IRES) במעלה הזרם של כל ORF. UTR 5' של אלמנט L1 מכיל מקדם שעתוק פנימי חזק של RNA פולימראז II במובן. UTRs 5' של L1s של עכברים מכילים מספר משתנה של מונומרים עשירים ב-GC של כ-200 bp, ואחריהם אזור קצר שאינו מונומרי. UTRs אנושיים 5' הם באורך של ~900 bp ואינם מכילים מוטיבים חוזרים. כל משפחות L1s האנושיות מכילות בקצה ה-5' ביותר שלהן מוטיב מחייב לגורם השעתוק YY1. למשפחות צעירות יותר יש גם שני אתרי קשירה לגורמי שעתוק ממשפחת SOX. גם אתרי YY1 וגם אתרי SOX הוכחו כנדרשים להפעלה והפעלה של שעתוק L1 אנושי. גם בעכבר וגם באדם UTR 5' מכילים גם מקדם אנטי - סנס חלש עם תפקוד לא ידוע. ה-ORF הראשון של L1 מקודד לחלבון של 500 חומצות אמינו, 40 kDa חסר הומולוגיה עם כל חלבון בעל תפקוד ידוע. בבעלי חוליות, הוא מכיל תחום C-terminus שמור ו-N-terminus מפותל-סליל משתנה מאוד המתווך יצירת קומפלקסים טרימריים ORF1. לטרימרים ORF1 יש פעילות קושרת RNA ופעילות המסייעת בקיפולו, פעילות זו נחוצה לטרנספוזיציה. ה-ORF השני של L1 מקודד לחלבון שיש לו פעילות אנדונוקלאז ו-reverse transcriptase. לחלבון המקודד יש משקל מולקולרי של 150 kDa. הביטוי האנטי-סנס המסיבי של תחום ה-RT של ORF2 דווח באאוקריוט הפרימיטיבי Entamoeba histolytica, מה שנותן את הסיבה הסבירה לאי זיהוי ה-ORF2p באורגניזם זה. פעילות L1 נצפתה בסוגים רבים של סרטן, עם הכנסות נרחבות במיוחד שנמצאו בסרטן המעי הגס והריאות. כרגע לא ברור אם ההחדרות הללו הן גורמים או השפעות משניות של התקדמות הסרטן. עם זאת, לפחות שני מקרים מצאו שהחדרות L1 סומטיות גורמות לסרטן על ידי שיבוש רצפי הקידוד של הגנים APC ו-PTEN בסרטן המעי הגס וסרטן רירית הרחם, בהתאמה. כימות של מספר העתק L1 על ידי רמות מתילציה qPCR או L1 עם רצף ביסולפיט משמשים כסמנים ביולוגיים אבחנתיים בסוגים מסוימים של סרטן. L1 hypomethylation של דגימות גידול המעי הגס נמצא בקורלציה עם התקדמות שלב הסרטן. יתר על כן, מבחני דם לא פולשניים למספר העתק L1 או רמות מתילציה מעידים על התקדמות סרטן השד או שלפוחית השתן ועשויים לשמש כשיטות לגילוי מוקדם. מספרי עותקים גבוהים יותר של L1 נצפו במוח האנושי בהשוואה לאיברים אחרים. מחקרים על מודלים של בעלי חיים וקווי תאים אנושיים הראו ש-L1s הופכים פעילים בתאי אבות עצביים (NPCs), וכי דה-ויסות ניסיוני של L1 או ביטוי יתר של L1 מגביר פסיפס סומטי. תופעה זו מעוכבת על ידי Sox2, אשר מווסתת ב-NPCs, ועל ידי MeCP2 ומתילציה של L1 5' UTR. קווי תאים אנושיים המדגימים את ההפרעה הנוירולוגית Rett syndrome, הנושאות מוטציות MeCP2, מציגות טרנספוזיציה מוגברת של L1, מה שמצביע על קשר בין פעילות L1 להפרעות נוירולוגיות. מחקרים נוכחיים מכוונים לחקור את התפקידים הפוטנציאליים של פעילות L1 בהפרעות נוירו-פסיכיאטריות שונות כולל סכיזופרניה, הפרעות בספקטרום האוטיסטי, אפילפסיה, הפרעה דו-קוטבית, תסמונת טורט והתמכרות לסמים. L1s מתבטאים מאוד גם במוח התמנון, מה שמרמז על מנגנון מתכנס בקוגניציה מורכבת. רמות RNA מוגברות של Alu, הדורשות חלבוני L1, קשורות לצורה של ניוון מקולרי הקשור לגיל, הפרעה נוירולוגית של העיניים. מודל ניוון רשתית העכבר המופיע באופן טבעי rd7 נגרם על ידי החדרת L1 בגן Nr2e3. הוצע כי LINE-1 עשוי לתרום ישירות לתכנות מחדש של טלומרים בשלב 2-תאים של התפתחות העובר. בשנת 2021, מחקר הציע שאלמנטים LINE1 עשויים להיות אחראים לאנדוגיזציה פוטנציאלית של גנום SARS-CoV-2 בתאי סרטן מוטנטיים Huh7, מה שאולי יסביר מדוע חלק מהחולים הנבדקים בPCR מקבלים תוצאה חיובית עבור SARS-CoV-2 גם לאחר פינוי הנגיף. עם זאת, תוצאות אלו זכו לביקורת כלא ניתנות לשחזור, מטעות ושכיחות נדירות או מלאכותיות. L1Base, מסד נתונים של הערות פונקציונליות וחיזויים של רכיבי LINE1 פעילים Lander ES, Linton LM, Birren B, Nusbaum C, Zody MC, et al. (בפברואר 2001). "Initial sequencing and analysis of the human genome". Nature. 409 (6822): 860–921. Bibcode:2001Natur.409..860L. doi:10.1038/35057062. PMID 11237011. {{cite journal}}: (עזרה) Ostertag EM, Kazazian HH (בדצמבר 2001). "Biology of mammalian L1 retrotransposons". Annual Review of Genetics. 35 (1): 501–38. doi:10.1146/annurev.genet.35.102401.091032. PMID 11700292. {{cite journal}}: (עזרה) Erwin JA, Marchetto MC, Gage FH (באוגוסט 2014). "Mobile DNA elements in the generation of diversity and complexity in the brain". Nature Reviews. Neuroscience. 15 (8): 497–506. doi:10.1038/nrn3730. PMC 4443810. PMID 25005482. {{cite journal}}: (עזרה) Hancks DC, Kazazian HH (2016-05-06). "Roles for retrotransposon insertions in human disease". Mobile DNA. 7: 9. doi:10.1186/s13100-016-0065-9. PMC 4859970. PMID 27158268. Kazazian HH, Moran JV (ביולי 2017). "Mobile DNA in Health and Disease". The New England Journal of Medicine. 377 (4): 361–370. doi:10.1056/NEJMra1510092. PMC 5980640. PMID 28745987. {{cite journal}}: (עזרה) Wang PJ (ביולי 2017). "Tracking LINE1 retrotransposition in the germline". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (28): 7194–7196. Bibcode:2017PNAS..114.7194W. doi:10.1073/pnas.1709067114. PMC 5514774. PMID 28663337. {{cite journal}}: (עזרה) Beck CR, Garcia-Perez JL, Badge RM, Moran JV (2011). "LINE-1 elements in structural variation and disease". Annual Review of Genomics and Human Genetics. 12 (1): 187–215. doi:10.1146/annurev-genom-082509-141802. PMC 4124830. PMID 21801021. Wimmer K, Callens T, Wernstedt A, Messiaen L (בנובמבר 2011). "The NF1 gene contains hotspots for L1 endonuclease-dependent de novo insertion". PLOS Genetics. 7 (11): e1002371. doi:10.1371/journal.pgen.1002371. PMC 3219598. PMID 22125493. {{cite journal}}: (עזרה) "Gonorrhea has picked up human DNA (and that's just the beginning)". National Geographic. 2011-02-16. נבדק ב-2016-07-14. Anderson MT, Seifert HS (2011). "Opportunity and means: horizontal gene transfer from the human host to a bacterial pathogen". mBio. 2 (1): e00005-11. doi:10.1128/mBio.00005-11. PMC 3042738. PMID 21325040. Alisch RS, Garcia-Perez JL, Muotri AR, Gage FH, Moran JV (בינואר 2006). "Unconventional translation of mammalian LINE-1 retrotransposons". Genes & Development. 20 (2): 210–24. doi:10.1101/gad.1380406. PMC 1356112. PMID 16418485. {{cite journal}}: (עזרה) Li PW, Li J, Timmerman SL, Krushel LA, Martin SL (2006-01-01). "The dicistronic RNA from the mouse LINE-1 retrotransposon contains an internal ribosome entry site upstream of each ORF: implications for retrotransposition". Nucleic Acids Research. 34 (3): 853–64. doi:10.1093/nar/gkj490. PMC 1361618. PMID 16464823. Swergold GD (בדצמבר 1990). "Identification, characterization, and cell specificity of a human LINE-1 promoter". Molecular and Cellular Biology. 10 (12): 6718–29. doi:10.1128/MCB.10.12.6718. PMC 362950. PMID 1701022. {{cite journal}}: (עזרה) Becker KG, Swergold GD, Ozato K, Thayer RE (באוקטובר 1993). "Binding of the ubiquitous nuclear transcription factor YY1 to a cis regulatory sequence in the human LINE-1 transposable element". Human Molecular Genetics. 2 (10): 1697–702. doi:10.1093/hmg/2.10.1697. PMID 8268924. {{cite journal}}: (עזרה) Tchénio T, Casella JF, Heidmann T (בינואר 2000). "Members of the SRY family regulate the human LINE retrotransposons". Nucleic Acids Research. 28 (2): 411–5. doi:10.1093/nar/28.2.411. PMC 102531. PMID 10606637. {{cite journal}}: (עזרה) Athanikar JN, Badge RM, Moran JV (2004-01-01). "A YY1-binding site is required for accurate human LINE-1 transcription initiation". Nucleic Acids Research. 32 (13): 3846–55. doi:10.1093/nar/gkh698. PMC 506791. PMID 15272086. Li J, Kannan M, Trivett AL, Liao H, Wu X, Akagi K, Symer DE (באפריל 2014). "An antisense promoter in mouse L1 retrotransposon open reading frame-1 initiates expression of diverse fusion transcripts and limits retrotransposition". Nucleic Acids Research. 42 (7): 4546–62. doi:10.1093/nar/gku091. PMC 3985663. PMID 24493738. {{cite journal}}: (עזרה) Mätlik K, Redik K, Speek M (2006). "L1 antisense promoter drives tissue-specific transcription of human genes". Journal of Biomedicine & Biotechnology. 2006 (1): 71753. doi:10.1155/JBB/2006/71753. PMC 1559930. PMID 16877819. Martin SL (2006). "The ORF1 protein encoded by LINE-1: structure and function during L1 retrotransposition". Journal of Biomedicine & Biotechnology. 2006 (1): 45621. doi:10.1155/jbb/2006/45621. PMC 1510943. PMID 16877816. Kaur D, Agrahari M, Singh SS, Mandal PK, Bhattacharya A. "Transcriptomic analysis of Entamoeba histolytica reveals domain-specific sense strand expression of LINE-encoded ORFs with massive antisense expression of RT domain." Plasmid. 2021 Jan 19:102560. doi: 10.1016/j.plasmid.2021.102560. Epub ahead of print. PMID 33482228. Tubio JM, Li Y, Ju YS, Martincorena I, Cooke SL, Tojo M, et al. (באוגוסט 2014). "Mobile DNA in cancer. Extensive transduction of nonrepetitive DNA mediated by L1 retrotransposition in cancer genomes". Science. 345 (6196): 1251343. doi:10.1126/science.1251343. PMC 4380235. PMID 25082706. {{cite journal}}: (עזרה) Ogino S, Nosho K, Kirkner GJ, Kawasaki T, Chan AT, Schernhammer ES, et al. (בדצמבר 2008). "A cohort study of tumoral LINE-1 hypomethylation and prognosis in colon cancer". Journal of the National Cancer Institute. 100 (23): 1734–8. doi:10.1093/jnci/djn359. PMC 2639290. PMID 19033568. {{cite journal}}: (עזרה) Sunami E, de Maat M, Vu A, Turner RR, Hoon DS (באפריל 2011). "LINE-1 hypomethylation during primary colon cancer progression". PLOS ONE. 6 (4): e18884. Bibcode:2011PLoSO...618884S. doi:10.1371/journal.pone.0018884. PMC 3077413. PMID 21533144. {{cite journal}}: (עזרה) Sunami E, Vu AT, Nguyen SL, Giuliano AE, Hoon DS (באוגוסט 2008). "Quantification of LINE1 in circulating DNA as a molecular biomarker of breast cancer". Annals of the New York Academy of Sciences. 1137 (1): 171–4. Bibcode:2008NYASA1137..171S. doi:10.1196/annals.1448.011. PMID 18837943. {{cite journal}}: (עזרה) Wilhelm CS, Kelsey KT, Butler R, Plaza S, Gagne L, Zens MS, et al. (במרץ 2010). "Implications of LINE1 methylation for bladder cancer risk in women". Clinical Cancer Research. 16 (5): 1682–9. doi:10.1158/1078-0432.CCR-09-2983. PMC 2831156. PMID 20179218. {{cite journal}}: (עזרה) Coufal NG, Garcia-Perez JL, Peng GE, Yeo GW, Mu Y, Lovci MT, et al. (באוגוסט 2009). "L1 retrotransposition in human neural progenitor cells". Nature. 460 (7259): 1127–31. Bibcode:2009Natur.460.1127C. doi:10.1038/nature08248. PMC 2909034. PMID 19657334. {{cite journal}}: (עזרה) McConnell MJ, Lindberg MR, Brennand KJ, Piper JC, Voet T, Cowing-Zitron C, et al. (בנובמבר 2013). "Mosaic copy number variation in human neurons". Science. 342 (6158): 632–7. Bibcode:2013Sci...342..632M. doi:10.1126/science.1243472. PMC 3975283. PMID 24179226. {{cite journal}}: (עזרה) Muotri AR, Marchetto MC, Coufal NG, Oefner R, Yeo G, Nakashima K, Gage FH (בנובמבר 2010). "L1 retrotransposition in neurons is modulated by MeCP2". Nature. 468 (7322): 443–6. Bibcode:2010Natur.468..443M. doi:10.1038/nature09544. PMC 3059197. PMID 21085180. {{cite journal}}: (עזרה) Misiak B, Szmida E, Karpiński P, Loska O, Sąsiadek MM, Frydecka D (2015-12-01). "Lower LINE-1 methylation in first-episode schizophrenia patients with the history of childhood trauma". Epigenomics. 7 (8): 1275–1285. doi:10.2217/epi.15.68. PMID 26212695. Petrosino G, Ponte G, Volpe M, Zarrella I, Ansaloni F, Langella C, et al. (במאי 2022). "Identification of LINE retrotransposons and long non-coding RNAs expressed in the octopus brain". BMC Biology. 20 (1): 116. doi:10.1186/s12915-022-01303-5. PMC 9115989. PMID 35581640. {{cite journal}}: (עזרה) Kaneko H, Dridi S, Tarallo V, Gelfand BD, Fowler BJ, Cho WG, et al. (במרץ 2011). "DICER1 deficit induces Alu RNA toxicity in age-related macular degeneration". Nature. 471 (7338): 325–30. Bibcode:2011Natur.471..325K. doi:10.1038/nature09830. PMC 3077055. PMID 21297615. {{cite journal}}: (עזרה) Chen J, Rattner A, Nathans J (ביולי 2006). "Effects of L1 retrotransposon insertion on transcript processing, localization and accumulation: lessons from the retinal degeneration 7 mouse and implications for the genomic ecology of L1 elements". Human Molecular Genetics. 15 (13): 2146–56. doi:10.1093/hmg/ddl138. PMID 16723373. {{cite journal}}: (עזרה) Wang, F., Chamani, I.J., Luo, D. et al. (2021). Inhibition of LINE-1 retrotransposition represses telomere reprogramming during mouse 2-cell embryo development. J Assist Reprod Genet https://doi.org/10.1007/s10815-021-02331-w Zhang L, Richards A, Barrasa MI, Hughes SH, Young RA, Jaenisch R (במאי 2021). "Reverse-transcribed SARS-CoV-2 RNA can integrate into the genome of cultured human cells and can be expressed in patient-derived tissues". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 118 (21): e2105968118. Bibcode:2021PNAS..11805968Z. doi:10.1073/pnas.2105968118. PMC 8166107. PMID 33958444. {{cite journal}}: (עזרה) Smits N, Rasmussen J, Bodea GO, Amarilla AA, Gerdes P, Sanchez-Luque FJ, et al. (באוגוסט 2021). "No evidence of human genome integration of SARS-CoV-2 found by long-read DNA sequencing". Cell Reports. 36 (7): 109530. doi:10.1016/j.celrep.2021.109530. PMC 8316065. PMID 34380018. {{cite journal}}: (עזרה) Parry R, Gifford RJ, Lytras S, Ray SC, Coin LJ (באוגוסט 2021). "No evidence of SARS-CoV-2 reverse transcription and integration as the origin of chimeric transcripts in patient tissues". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 118 (33): e2109066118. Bibcode:2021PNAS..11809066P. doi:10.1073/pnas.2109066118. PMC 8379926. PMID 34344759. {{cite journal}}: (עזרה) Yan B, Chakravorty S, Mirabelli C, Wang L, Trujillo-Ochoa JL, Chauss D, et al. (ביולי 2021). "Host-Virus Chimeric Events in SARS-CoV-2-Infected Cells Are Infrequent and Artifactual". Journal of Virology. 95 (15): e0029421. doi:10.1128/JVI.00294-21. PMC 8274596. PMID 33980601. {{cite journal}}: (עזרה) Penzkofer T, Jäger M, Figlerowicz M, Badge R, Mundlos S, Robinson PN, Zemojtel T (בינואר 2017). "L1Base 2: more retrotransposition-active LINE-1s, more mammalian genomes". Nucleic Acids Research. 45 (D1): D68–D73. doi:10.1093/nar/gkw925. PMC 5210629. PMID 27924012. {{cite journal}}: (עזרה)