長散在重復序列
長散在重復序列 (10ng interspersed nuclear elements , LINE) ,意為散在分布的長細胞核因子,是散在分布在哺乳動物基因中的一類重復序列,這種重復序列較長;另一類短散在重復序列的細胞核因子稱為 (short interspersed nuclear elements , SINE) 。 LINE 是可以自主轉(zhuǎn)座的一類反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子,來源于 RNA 聚合酶Ⅱ的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物; SINE 則是非自主轉(zhuǎn)座的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子,來源于 RNA 聚合酶Ⅲ的轉(zhuǎn)錄物。 L1 是 LINE 中的一種重復序列,長約 6 500bp ,哺乳動物基因組中的拷貝數(shù)可多達 10 萬份,主要集中在 AT 富集區(qū)。 L1 以及由 L1 編碼的反轉(zhuǎn)錄酶作用于其他非自主反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子以后所生成的 DNA 序列,加起來至少占人類基因組全長的四分之一。 LINE 不同成員之間的序列有較大差別,但是同一物種中的 LINE 的不同成員仍有較大的同源性。
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LINE 有分別長 1 137bp 和 3 900bp 的可讀框,這兩種可讀框有 14bp 的重疊序列。從 LINE 的結(jié)構(gòu)分析,它并不具有反轉(zhuǎn)錄病毒特有的 LTR ,因此曾把 LINE 歸于非病毒超家族。測序的結(jié)果發(fā)現(xiàn) LINE L1 的一個可讀框同反轉(zhuǎn)錄酶是同源的,這提示 LINE 可能來源于能夠編碼轉(zhuǎn)座所需的酶進行自主轉(zhuǎn)座的可動元件,所以現(xiàn)在在分類時被歸人病毒超家族。 1988 年,人們第一次認識到可動元件可能是人類疾病的一種致病因素。當時在血友病 A 的凝血因子Ⅷ基因中發(fā)現(xiàn)了兩個截短的 L1 ,后來在凝血因子Ⅷ的基因中又發(fā)現(xiàn)了一個反轉(zhuǎn)座的 L1 插入片段。進行性假肥大性—肌營養(yǎng)不良 (Duchenne ’ smuscular dystrophy , DMD) 基因中有三個 L1 ,腸道癌的致病基因 APC 以及夕—珠蛋白基因中也都發(fā)現(xiàn)了 L1 。已發(fā)現(xiàn)的致病的 L1 插入片段絕大多數(shù)出現(xiàn)在生殖細胞或早期胚胎中。 APC 基因中的 11 插入片段則是在結(jié)腸癌中發(fā)現(xiàn)的。這表明 L1 的反轉(zhuǎn)座作用也可以發(fā)生在體細胞中。 L1 的插入有以下兩個,結(jié)構(gòu)特征:①已發(fā)現(xiàn)的每一個插入片段的序列都各不相同,這表明它們是分別來自不同的原初元件 (progenitor elements) ;②上面提到的已發(fā)現(xiàn)的 8 個 L1 插入片段中,有 7 個是 5 ,端截短的,其長度變化很大,從 538bp 到 3 . 8 kb ,但是所有這些 L1 插入片段的蛋白質(zhì)編碼區(qū)都保持完整;插人口—珠蛋白基因的 L1 是全長的。這些數(shù)據(jù)提示,并非所有具誘變作用的 L1 片段在插入后都不再移動了,有些片段很有可能仍保持再次反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座的能力。例如,小鼠的全長 L1 插入片段,確實能再經(jīng)歷幾輪的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座。
L1 插入片段的全長原初元件可能是哺乳動物中有活性的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的來源。 L1 被認為是人類基因組中主要的可動因子,它不僅能自主轉(zhuǎn)座,而且它的蛋白質(zhì)產(chǎn)物可促使非自主轉(zhuǎn)座因子的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座。同時 L1 還能十分有效地將位于 L1 3 ’端的側(cè)序一起轉(zhuǎn)座到新的位置,這種作用稱為 3' 轉(zhuǎn)導 (3'transduction) ,其結(jié)果是將宿主基因組中原先不連鎖的兩個 DNA 片段排列在一起。許多真核細胞中都發(fā)生 3' 轉(zhuǎn)導作用。當 L1 本身的轉(zhuǎn)錄終止信號較弱而 3' 側(cè)序中有很強的轉(zhuǎn)錄終止信號時, RNA 聚合酶進行 L1 轉(zhuǎn)錄時就會發(fā)生“連讀” (read-through) ,而將 11 ’和 3' 側(cè)序一起轉(zhuǎn)錄,其結(jié)果是包含 L1 和 3' 側(cè)序的嵌合片段一起插入染色體新的位置,這對新基因的形成和基因組的進化都有重要作用。
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