Preferenčna integracijska mesta retrotranspozona Tf1 v genomu kvasovke Schizosaccharomyces pombe

Uvod

Najenostavnejša definicija transpozona je DNA zaporedje, ki se lahko premesti iz enega mesta v drugo znotraj genoma. Obstaja večje število načinov prenosa teh DNA segmentov na druga mesta. Enostaven mehanizem prenosa je da se s pomočjo encima transpozaze, ki prepozna direktne ponovitve nukleotidnega zaporedja pred in po prenašalnemu delu, prenesejo na specifična mesta, za katera določeni transpozon ima afiniteto za vgradnjo. Velja še omeniti da transpozone lahko razdelimo v dva tipa: tiste ki delujejo po „izreži in prilepi“ mehanizmu ter ostale, ki delujejo po „kopiraj in prilepi“ mehanzmu. Retrotranspozon Tf1 deluje po mehanizmu „kopiraj in prilepi“, kaj pomeni da se prepiše iz DNA v mRNA, ki se s pomočjo encima reverzne trankriptaze reverzno prepiše v DNA.

Lastnosti tarčnih mest retrotranspozona Tf1

Ta povzetek bo o retrotranspozonu Tf1 v kvasovkah Schizosaccharomyces pombe, bolj specifično, glavna tema bo tarčna mesta za Tf1. Ker je Tf1 razreda 1 (mehanizem “kopiraj in prilepi”), njegovo prvotno mesto se ne spremeni, naredi se kopija tega zaporedja ter se ta potem prenese na tarčno mesto. Tarčno mesto ne more biti kjer koli v genomu, določeno je z globalno (evkromatin ali heterokromatin) in lokalno afiniteto transpozonov (preferenca za mesta z določenimi zaporedjem, ponovitvami,…). V raziskavi se je uspelo narediti okoli 130,000 dogodkov vgrajevanja Tf1 v tarčna mesta. Z metodami porabljenimi v raziskavi su se poravnala zaporedja tarčnih mest ter se je formiralo skupno zaporedje. Skupno zaporedje se naredi tako, da se več zaporedij poravna ter se izračuna kateri nukleotid v največji frekvenci zaseda posamezno mesto v zaporedju. Pokazalo se je, da je skupno zaporedje tarčnih mest zelo bogato z adenin-timin (AT) nukleotidi ter da je palindromsko. Ta preferencea retrotranspozonov je ena od tistih, ki so podobne preferencam retrovirusov kot so HIV,MLV, ASLV ipd. Preprosta razlaga vgradnje virusne DNA v ifnicirane celice pokaže, da jim je mehanizem vgradnje zelo podoben mehanizmu vgradnje retrotranspozonov. Primer mehanizma vgradnje virusa HIV-1 je da vstopi v inficirano celico, njegov encim integraza se veže na dolge direktne ponovitve U5 in U3 konce ter ju prilepi na konce DNA verige inficirane celice. Narejeni so bili tudi grafi, ki prikazujejo kolikor so mesta v in okrog tarčnega mesta bogata z AT in CG (citozin-gvanin) pari. Zanimivo je, da se okrog tarčnega mesta nahajajo vrhovi (vizualni prikaz delov z najvišjo koncentracijo) AT in CG . Na vsaki strani od tarčnega mesta so po štirje vrhovi koncentracije in vsaki AT vrh je zelo blizu CG vrha. Ta pojav formira enoto zaporedja “CGnTA”na tem področju, ta enota se pojavljuje periodično (n simbol pomeni kakršen koli nukleotid od A, T, C in G). Na temelju tega so področje z tarčnim mestom razdelili v 4 segmentov: L1, L2, R1 in R2. L1 in R2 segmenta se nahajata na pozitivni verigi (kodirajoča veriga), L2 in R1 se pa nahajata na negativni verigi (nekodirajoča veriga). Predpostavlja se, da ta mesta služijo kot vezavna mesta za encime integraze, ki katalizirajo vgradnjo Tf1 v tarčno mesto. Raziskalo se je tudi kakšna so tarčna mesta transpozona Tf1 glede na zasedenost z nukleosomi, to jest kolikor je DNA zvita v nukleosome na področju tarčnih mest. Bila sta vsporejena tarčna mesta za Tf1 in za transpozon Hermes. Ugotovljeno je bilo, da oba transpozona preferirata področja z majhno zasedenostjo z nukleosomi. Bolj podrobno, transpozon Hermes preferira regije, ki se nahajao med dvema nukleosomoma (internukleosomske regije), Tf1 pa preferira regije, ki imajo izgubo enega celega nukleosoma. To ima smisla zato ker čim je DNA bolj kondenzirana, to je manj dostopna transpozonom, virusom, encimom ipd., torej težje jo je prepisati ali na kakšen drug način jo spremeniti. Tip mest, za katera Tf1 ima preferenco glede zasedenosti in položaja nukleosomov, sovpada s dejstvom, da je globalna preferenca Tf1 transpozona takšna, da ima afiniteto za področja, ki se nahajajo navzgor (proti 5’ koncu DNA) od mesta začetka prepisovanja, zato ker so ta področja bolj revna z nukleosomi (predpostavka, da se zaradi tega več prepisujejo). V primerjavi z retrotranspozoni, nekateri retrovirusi, kot je PFV ali HIV-1, ne potrebujejo področje z izgubo celotnega nukleosoma zaradi njihovih prilagoditev, na primer, virusna integraza od HIV-1 lahko z vezavo na histone (strukturni proteini prisotni v bolj kondenzirandem ter manj aktivnem delu DNA) sproži vgradnjo v akceptorsko DNA.

Zaključek

V raziskavi se je uspelo ugotoviti, da je skupno zaporedje tarčnih mest za Tf1 palindromsko, da Tf1 ima preferenco za področja, ki so bolj revna z nukleotidi. Odkrite so tudi bile zaporedne enote nukleotidov CGnTA, ki se nahajao okoli tarčnih mest ter se ponavljajo periodično. Kljub detaljnem opisu strukture tarčnih mest od Tf1, za veliko struktur v tem področju še ni bilo nobenih raziskavah.

Viri

• 1. Cui Y, Guo Y. The local integration preference of the Tf1 retrotransposon in Schizosaccharomyces pombe. Virology. 2022 Jan 2;565:52-57. doi: 10.1016/j.virol.2021.10.008. Epub 2021 Oct 29. PMID: 34736160.
• 2. Ode H, Kobayashi A, Matsuda M, Hachiya A, Imahashi M, Yokomaku Y, Iwatani Y. Identifying integration sites of the HIV-1 genome with intact and aberrant ends through deep sequencing. J Virol Methods. 2019 May;267:59-65. doi: 10.1016/j.jviromet.2019.03.004. Epub 2019 Mar 8. PMID: 30857886.