LTR retrotransposon

[ממוזער|683x683 פיקסלים| '''A.''' מבנה גנטי של LTR-retrotransposons (מסוג צועני). '''B.''' מנגנון של רטרו-טרנספוזיציה, שפועל בתוך חלקיקים דמויי וירוסים בציטופלסמה. שעתוק הפוך מתחיל ב[תחל של ה-tRNA של המארח, המשמש כאתר קישור (PBS), וממוקם מייד לאחר ה-5'LTR. עותק ה-cDNA השלילי המסונתז החדש של ה-5'LTR מועבר לאחר מכן ל-3'LTR ומשמש כתחל לשעתוק הפוך של מלוא הרצף של הגדיל השלילי. לאחר מכן מערכת פוליפורין עמידה ל-RNase H משמשת כתחל לסינתזה של הגדיל החיובי של ה-3'LTR, המשלים ל-PBS. גדיל ה-PBS החיובי שסונתז זה עתה מתחבר לגדיל ה-PBS השלילי שכבר סונתז, ולבסוף מיוצר cDNA דו-גדילי. לאחר מכן, ה-cDNA הדו-גדילי מועבר לגרעין על ידי חלבוני אינטגראז, ועותק חדש משולב בגנום.]]

רטרוטרנסופוני LTR הם תת-מחלקה (מחלקה 1) של אלמנטים ניידים (רטרוטרנסופוזונים) שמאופיינים על ידי נוכחות של LTR בקצוותיהם (כשבאמצע נמצא האזור המקודד). 

כמו רטרו-וירוסים, גם רטרוטרנסופוני LTR עוברים שעתוק הפוך (מmRNA לDNA) ואז עוברים אינטגרציה של הcDNA החדש באזור אחר, אך בניגוד לרטרו-וירוסים, הם לא יוצרים חלקיקים מדבקים שעוזבים את התאים ולכן הם רק משתכפלים בתוך הגנום המקורי. אלה שכן מדי פעם יוצרים חלקיקים דמויי וירוס מסווגים בנפרד תחת אלמנטים אורט-ויראליים.

גודלם נע בין כמה מאות בודדות של זוגות בסיסים ל-25kb. בגנומים של צמחים, רטרוטרנספוזונים בעלי LTR הם הסוג העיקרי של רצפים חוזרניים, ומרכיבים מעל ל-75% מהגנום של תירס למשל. לעומת זאת הם מרכיבים רק כ-8% מהגנום האנושי, ובערך 10% מהגנום העכברי.

## מבנה והתרבות
לרטרוטרנספוזונים בעלי LTR יש LTR ישירים שאורכם בין 100 זוגות בסיסים ל5kb. אפשר לחלקם לתת מחלקות של דמויי Ty1-*copia*- (Pseudoviridae), דמויי Ty3-*gypsy* (Metaviridae), ודמויי BEL-Pao (Belpaoviridae), לפי הדרגה של הדמיון ברצף שלהם והרמה של תוצרי גנים מקודדים. הקבוצות Ty1-*copia* וTy3-*gypsy* של רטרוטרנספוזונים נפוצים מאוד (מגיעים עד לכמה מיליוני עותקים בגרעין הפלואידי) בגנומים של בעלי חיים, פטריות, פרוטיסטים וצמחים.
אלמנטים דמויי BEL-Pao נמצאו עד כה רק בבעלי חיים כל הרטרוטרנספוזונים בעלי LTR המתפקדים מקודדים לפחות ל2 גנים gag ו-pol, שמספיקים לשם שכפול. Gag מקודד לפוליפפטיד עם קפסיד ואזור של נוקלאו-קפסיד. חלבוני Gag יוצרים חלקיקים דמויי וירוס בציטופלסמה בהם השעתוק ההפוך מתרחש.
הגן *Pol* מפיק שלושה חלבונים: פרוטאז; רוורס-טרנסקריפטאז (בעל אזורי RNAse H) ואינטגראז.

באופן טיפוסי, mRNA של רטרוטרנספוזונים בעלי LTR מופקים על ידי הRNA פולימראז של המארח, שפועל על פרומוטורים שנמצאים ב-5’ LTR שלהם. הגנים של Gag וPol מקודדים באותו mRNA. תלוי בזן המאחסן, שתי אסטרטגיות יכולות להיות בשימוש לביטוי של פולי-פרוטאינים: איחוי למסגרת קריאה (ORF) אחת שתיחתך, או על ידי הזזת מסגרת הקריאה (frameshift) בין שתי מסגרות קריאה שונות. הזזת מסגרת קריאה ריבוזומלית יכולה לאפשר הפקה של שני החלבונים, תוך כדי כך שהיא מאפשרת לחלבון Gag להפיק חלקיקים דמויי וירוס. שעתוק הפוך בדרך כלל מאותחל ברצפים קצרים הממוקמים ישר במורד הזרם של ה-5’-LTR שנקראים primer binding site (PBS). ה-tRNAs של מאחסן ספציפי נקשר ל-PBS ומשמש כפריימר לשעתוק ההפוך, שמתרחש בתהליך רב-שלבי ומורכב, ובסופו של דבר נוצרת מולקולת cDNA דו-גדילית. הcDNA בסופו של דבר עובר אינטגרציה לאזור חדש בגנום ויוצר שכפולים קצרים באזור המטרה (short Target Site Duplications) וכך מוסיפים עותק נוסף לגנום של המאחסן.

## סוגים
### רטרוטרנספוזונים Ty1-''copia''
רטרוטרנספוזונים של Ty1-copia  מצויים במגוון גדול של מינים, החל מאצות חד-תאיות ועד לברופיטים, חשופי זרע ובעלי פרחים. הם מקודדים לארבעה דומיינים חלבוניים בסדר הבא: פרוטאז, אינטגראז, רוורס טרנסקריפטאז וריבונוקלאז H.

קיימות לפחות שתי מערכות סיווג לחלוקה של רטרוטרנספוזוני Ty1-copia לחמש שושלות:Sireviruses/Maximus, Oryco/Ivana, Retrofit/Ale, TORK, וביאנקה. רטרוטרנספוזוני Sireviruses/Maximus מכילים גן מעטפת משוער נוסף. שושלת זו נקראת על שם אלמנט המקור SIRE1 בגנום Glycine max.

### רטרוטרנספוזונים Ty3-''gypsy''
רטרוטרנספוזונים Ty3-*gypsy*  מופצים באופן נרחב בממלכת הצמחים, הן בחשופי הזרע והן בבעלי הפרחים. הם מקודדים לפחות ארבעה דומיינים חלבוניים לפי הסדר: פרוטאז, רוורס טרנסקריפטאז, ריבונוקלאז H  ואינטגראז . בהתבסס על מבנה, נוכחות/היעדרות של תחומי חלבון ספציפיים ומוטיבים של רצף חלבונים משומרים, ניתן לחלק אותם למספר שושלות:
* Errantiviruses מכילים מסגרת קריאה פגומה של המעטפת עם דמיון לגן המעטפת הרטרו-ויראלי. הוא תואר בהתחלה כאלמנטי-Athila בתודרנית לבנה. הם זוהו מאוחר יותר במינים רבים, כגון Glycine max ובטא וולגריס.
* כרומו-וירוסים מכילים דומיין נוסף (chromodomain: chromatin organization modifier domain) בקצה ה-C טרמינלי של חלבון האינטגראז שלהם. הם נפוצים בצמחים ובפטריות, וכנראה שומרים על תחומי חלבון במהלך האבולוציה של שתי הממלכות הללו. נהוג לחשוב שהכרומודומיין מכוון את האינטגרציה הרטרוטרנספוזון לאתרי יעד ספציפיים.
* Ogre-elements הם רטרוטרנספוזונים ענקיים של Ty3-*gypsy* המגיעים לאורכים של עד 25kb.
* מטא-וירוסים מתארים רטרוטרנספוזונים Ty3-*gypsy* קונבנציונליים שאינם מכילים דומיינים או מסגרות קריאה נוספים.

### משפחת BEL/pao
המשפחה BEL/pao  נמצאת בבעלי חיים.

### רטרו-וירוסים אנדוגניים (ERV)
למרות שרטרו-וירוסים בדרך כלל מסווגים בנפרד, הם חולקים תכונות רבות עם רטרוטרנספוזונים מסוג LTR. ההבדל העיקרי ביניהם ובין רטרוטרנספוזונים מסוג Ty1-copia ו-Ty3-gypsy הוא שלרטרו-וירוסים יש חלבון מעטפת (ENV). ניתן להפוך רטרו-וירוס לרטרוטרנספוזון LTR באמצעות השבתה קבועה או השמטה של הדומיינים המאפשרים ניידות חוץ-תאית. אם רטרו-וירוס כזה ידביק אורגניזם ובהמשך יחדיר את עצמו לגנום שלו בתאי ה-germline, הוא יוכל לעבור אנכית ולהפוך לרטרו-וירוס אנדוגני .

## Terminal repeat retrotransposons in miniature (TRIMs)
חלק מהרטרוטרנספוזונים של LTR חסרים את כל תחומי הקידוד שלהם. בשל גודלם הקצר, הם מכונים רטרוטרנספוזונים חוזרים טרמינליים במיניאטורות (TRIMs). עם זאת, TRIMs יכולים להיות מסוגלים לבצע רטרוטרנספוזיציה, מכיוון שהם עשויים להסתמך על תחומי הקידוד של רטרוטרנספוזונים של Ty1-copia או Ty3-gypsy.

## הערות שוליים

קטגוריה:DNA