SINE

Short interspersed nuclear elements ובקיצור SINEs, הם רצפי DNA שאינם מקודדים המופיעים בשכיחות גבוהה בגנומים אאוקריוטים שונים, ומהווים כ-13% מהגנום של יונקים. הם סוג של רטרוטרנספוזונים (אלמנטים של DNA אשר מגבירים את עצמם בגנומים איקריוטים בתיווך רצפי RNA). SINEs מאופיינים בגודלם הקצר ובאופיים הרטרו טרנספוזומי. ישנו ויכוח על אורכם של הSINEs, אך יש הסכמה כללית שלעיתים קרובות אורכם נע בין 100 ל-700 זוגות בסיסים (פחות או יותר). SINEs משועתקים על ידי RNA פולימראז 3 אשר ידוע כמשעתק RNA ריבוזומלי ו-tRNA, שהם שני סוגי RNA החיוניים להרכבה ריבוזומלית ותרגום. SINE (בדומה ל tRNA וכן מקטעי RNA קצרים), בעל פרומוטור פנימי אשר גורם לו להיות משועתק באופן שונה וייחודי משאר הגנים המקודדים לחלבון. במילים אחרות, לרצפי SINEs יש פרומוטור פנימי בתוך אתר השעתוק עצמו. שעתוק זה המתבצע על ידי RNA פולימארז 3, SINEs וגנים אחרים בעלי פרומוטורים פנימיים, משועתקים בעזרת פקטורים ומנגנונים שונים לעומת גנים בעלי פרומוטורים הקודמים לגנים עצמם (upstream promoters). ה-RNA המקודד על ידי SINE אינו מקודד ליצור תוצר חלבוני, אך בכל זאת הוא משוכפל לאחור (reverse transcription) ומוחדר חזרה לאזור חלופי בגנום. מסיבה זו, רצפי SINE מצויים בשיתוף פעולה עם רצפי LINE ‏(long interspersed nuclear element), כאשר LINEs למעשה מקודדים לתוצרים חלבונים המאפשרים להם לעבור שכפול לאחור ולהשתלב חזרה לתוך הגנום. SINEs יוצרים קומפלקס יחד עם החלבונים המקודדים על ידי LINEs אשר מחולקים ב־2 מסגרות קריאה. ORF1 מקודד לחלבון אשר נקשר לRNA ופועל כצ'פרון המסיע ומשמר את מבנה הקומפלקס חלבון LINE-RNA. ORF2 מקודד לחלבון האחראי על 2 אנדו-נוקלאזות ופעילות שכפול לאחור. תהליך זה מאפשר לרצפי LINE mRNA לעבור שכפל לאחור לרצף דנא ולעבור אינטגרציה לגנום המבוססת על ידי מוטיבים רצפים המזוהים על ידי אנדונוקלאזות. יתר על כן, SINEs יודעים לשתף רצף הומולוגי עם LINEs אשר מהווה בסיס למנגנון הLINE בו ניתן לעבור שכפול לאחור ולהחדיר תעתיקי SINE לגנום. לחלופין, ישנם SINEs במערכת מורכבת יותר לצורך חדירה חזרה לגנום. מערכת זו כרוכה בשימוש שברי דנא דו גדילי רנדומליים. שברים אלו מנוצלים על מנת להפוך את התעתיק לרצף דנא ובסופו של דבר לשלב את רצף הSINE חזרה לגנום. SINEs בכל זאת תלויים באנזימים המקודדים על ידי אלמנטים דנא אחרים, ולכן הם ידועים כ רטרו-טרנספוזומים שאינם אוטונומיים כיוון שהם תלויים במנגנון של רצפי הLINE, אשר ידועים כרטרו-טרנספוזומים אוטונומיים. רצפי SINE מאופיינים כאזור פרזיטי בגנום האיקריוטי. רצפים אלו נוטים לעבור מוטציות ולשכפל את עצמם בכמות עצומה בקנה מידה אבולוציוני, ובכך יוצרים שושלות שונות. המוצא האבולוציוני המוקדם שלהם גרם להם להיות בכל מקום בשושלת היוחסין האיקריוטית. למעשה, Alu element, אלמנט גרעיני קצר של כ 300 נוקלאוטידים, נמצא ביותר ממיליון עותקים ברחבי הגנום האנושי שהוא מעל 10 אחוזים מכלל הגנום. משפחת ALU מרצפי SINEs הם חלק מכמות גדולה של רצפי SINE יוקיורטים המאופיינים בתכונות שונות בניהם אורך, רצף ויכולת רטרו טרנספוזומית. יתר על כן, SINEs מאופיינים במודולים השונים שלהם. Sines יכול, אבל לא בהכרח צריך להיות מורכב מראש, גוף וזנב. הראש, הנמצא בקצה 5' מכיל אלמנט גרעיני קצר אשר נגזר אבולוציונית מרנ"א המסונתז על ידי RNA פולימראז III כגון RNAs ריבוזומלי ו-tRNAs. לגוף של SINEs יש מקור לא ידוע אבל לעיתים קרובות הוא בעל הומולוגיה רבה לרצפים מסוימים. לבסוף, הזנב בקצה '3 של SINEs מורכב מרצף חזרני קצר ובעל אורכים משתנים. בסופו של דבר, SINE הם טפילים גנטיים אשר התפתחו מוקדם מאוד בהיסטוריה של איקריוטים על מנת לנצל את מכונות החלבונים המצויה בתוך האורגניזם. הפשטות של אלמנטים אלה הופכת אותם למוצלחים להפליא בהתמדה והגברה (באמצעות רטרו-טרנספוזיציה) בתוך הגנום של האיקריוטים. "טפילים" אלה אשר הפכו לבעלי יכולת הגעה לכל מקום בגנום יכולים להיות מזיקים מאוד לאורגניזמם. עם זאת, אורגניזמים איקריוטים הצליחו לשלב את רצפי SINE לנתיבי איתות שונים, מטאבוליזם, מנגנוני רגולציה וכן למקור אפקטיבי של השתנות גנטית. כמו כן הם ממלאים תפקיד חשוב במיוחד בהסדרת ביטוי גנים. תקנה זו משתרעת על ארגון מחדש של הכרומטין ועל הסדרת הארכיטקטורה הגנומית; יתר על כן, השושלות השונות, המוטציות והפעילות באיקריוטים הופכות את רצפי SINE לכלי שימושי להפליא בניתוח פילוגנטי. פעילות של SINEs בעלת שרידים גנטיים אשר כנראה אינם בעלי תפקיד משמעותי, חיובי או שלילי, והם מתבטאים בגנום כמו pseudogenes.‏ SINEs, עם זאת, לא צריך להיות מקטע הנוצר כתוצאה מטעות כמו פסאודו-גנים. באופן כללי, פסאודו-גנים נוצרים כאשר mRNAs מעובדים של גנים מקודדים לחלבונים שועתקו לאחור ושולבו בחזרה לתוך הגנום. הפסאודו-גנים שונים SINEs בכך שהם נגזרים מ RNA פונקציונלי, ואילו SINEs הם אלמנטים של דנ"א הפועלים על ידי שילוב עם מנגנון שעתוק RNA. עם זאת, ישנם מחקרים המציעים כי אלמנטים רטרו-טרנספוזמים כגון אלמנטים SINEs אינם מסוגלים רק להעתיק את עצמם באזורים חלופיים בגנום, אלא גם לעשות זאת לגנים אקראיים. כך Sines יכול לשחק תפקיד חיוני של פסאודו-גנים, אשר ידועים כמעורבים ברשתות רגולטוריות. זהו אולי אמצעי נוסף שבו SINEs הצליחו להשפיע ולתרום לרגולציה גנטית. התאוריה כי SINEs התפתחו כדי לנצל את המנגנון של רטרו-טרנספוזיציה של LINEs, נתמכת על ידי מחקרים אשר בוחנים את נוכחותם ואת התפלגותם של LINEs ו-SINEs במינים שונים. לדוגמה, LINEs ו Sines במכרסמים ופרימטים הראו הומולוגיה חזקה מאוד במוטיב הכנסת הרצף באתר הגנומי. ראיות אלה הן הבסיס למנגנון המוצע שבו שילוב של תעתיק SINE ניתן בצמוד עם תוצרי חלבון מקודדים מרצפי LINE. משפחות אלה של LINEs ו SINEs ניתן למצוא בתדירות גבוהה במכרסמים וביונקים אחרים.