Retrotranspozoni LINE-1 in dejavniki, ki uravnavajo njihovo delovanje

Regulacija LINE-1 v zarodnih celicah

Za zarodne celice je značilna globalna demetilacija DNA. Aktivnost L1 je na nivoju transkripcije regulirana z de novo metilacijo. Mehanizmi regulacije L1 se pri moških in ženskih zarodnih celicah razlikujejo. Za regulacijo aktivnosti L1 v moških zarodnih celicah je ključnega pomena t.i. piRNA/Piwi pot. piRNA (s Piwi proteini interagirajoče RNA) so majhne nekodirajoče RNA, ki so dolge med 26 in 30 nt. Kot že ime pove piRNA tvorijo komplekse s skupino proteinov imenovano Piwi. Pri ljudeh so prisotni štiri različni Piwi proteini (PIWIL1-PIWIL4), pri miših so bili identificirani zgolj trije (Miwi, Mili in Miwi2), pravtako Drosophila melanogaster izraža zgolj tri (Piwi, Aub in Ago3). piRNA lahko v kompleksu s proteinom Piwi direktno interagira z L1 mRNA in tvori dvoverižni hibrid, ki ga Piwi protein s svojo ribonukleazno aktivnostjo nato cepi. Mehanizem delovanja piRNA ter Piwi proteinov je bil študiran na vinskih mušicah. Znano je, da Piwi in Aub tvorita komplekse s protismerno piRNA glede na L1 mRNA, ki ima na 5' koncu preferenčno uracil. Po drugi strani Ago3 tvori komplekse s smerno piRNA, ki nima enake preference na 5' koncu. Skupki zapisov za piRNA se prepišejo v isti primarni transkript. Cepitev transkripta na posamezne piRNA še ni dodobra razložena. Znano je le-da imajo po cepitvi piRNA na 5' koncu preferenčno uracil. Take piRNA se vežejo na Piwi ali Aub. Ko piRNA v kompleksu po komplementarnosti prepozna L1 mRNA in se z njo poveže preko vodikovih vezi, Piwi/Aub cepi fosfodiestersko vez približno 10 nt stran od 5' konca piRNA. Rezana L1 RNA se v celici procesira s cepitvijo 3' konca in tvori smerno piRNA, ki tvori kompleks z Ago3. Mehanizem procesiranja 3' konca ni poznan. Smerna piRNA v kompleksu z Ago3 se veže na primarni piRNA transkript, ki ga Ago3 nato cepi in s tem tvori nove protismerne piRNA. S tem se cikel ponovno začne. Poleg direktne interakcije z L1 RNA je znano tudi, da kompleks piRNA-Piwi zniža aktivnost L1 preko posredovanja pri de novo DNA metilaciji ter pri metilaciji histonov, specifično pri modifikaciji H3K9me3. Mehanizem, kako kompleks piRNA-Piwi sodeluje pri obeh procesih, še ni dodobra raziskan.

Regulacija L1 v ženskih zarodnih celicah se zgodi predvsem na posttranskripcijski ravni. Nekateri proteini Piwi se sicer izražajo, vendar piRNA/Piwi pot ne deluje. Namesto tega regulacija poteka predvsem na principu interferenčne RNA in pa razgradnje L1 RNA, pri kateri sodelujejo različne ribonukleaze in pa kompleks NEXT.

Regulacija LINE-1 med razvojem zarodka

Med razvojem zarodka regulacija aktivnosti L1 po posameznih tkivih ni dodobra poznana. Aktivnost L1 je reprimirana preko metilacije DNA, ki jo vršijo metiltransferaze DNMT1, DNMT3A in DNMT3B. DNMT1 je odgovorna za ohranjevanje metilacijskega vzorca po celični delitvi, medtem ko DNMT3A in DNMT3B sodelujeta pri de novo metilaciji.

Aktivnost L1 je med razvojem zarodka največja v možganih, kjer je bilo zaznanih tudi največ somatskih mutacij. Znano je, da je piRNA-Piwi pot delujoča med razvojem možganov, vendar domnevno v manjšem obsegu kot pri zarodnih celicah. Aktivnost L1 je selektivno reprimirana s pomočjo MePC2 (metil-CpG-vezavni protein). Pri regulaciji sodeluje tudi protein YY1 (Yin Yang 1), ki ima lahko vlogo aktivatorja ali represorja. YY1 je namreč nujen za začetek transkripcije L1 (aktivator), a hkrati sodeluje pri metilaciji L1 promotorja (represor). YY1 se namreč veže na 5' UTR in posreduje pri vezavi metiltransferaz.