LINE 1
LINE1 (גם L1 או LINE-1) היא משפחה של רטרוטרנספוזונים מסוג I שקיימים ב-DNA של חלק מהאורגניזמים. משפחה זו נמנית עם האלמנטים הגרעיניים הארוכים ( LINEs). רטרוטרנספוזונים מסוג L1 מהווים כ-17% מהגנום האנושי.[1] רובם אינם פעילים, אם כי כ-80–100 שמרו על היכולת לבצע טרנספוזיציה, עם שונות ניכרת בין פרטים.[2][3][4] L1s פעילים אלה יכולים ליצור הפרעה בגנום.[5] פעילות L1 תרמה לחוסר היציבות והאבולוציה של גנומים והיא מווסתת באופן הדוק בתאי המין על ידי מתילציה של DNA, שינויים היסטונים ו-piRNA.[6] L1s יכולים להשפיע גם על שונות הגנום באמצעות התאמה שגויה והצלבה לא שוויונית במהלך המיוזה בגלל רצפי ה-DNA החוזרים על עצמם.[5]
תוצרי גן L1 נדרשים גם על ידי רטרוטרנספוזונים רבים של Alu ו-SVA SINE שאינם עצמאיים. נמצא כי מוטציות שנגרמו על ידי L1 והאלמנטים הלא עצמאיים גורמות למגוון מחלות תורשתיות וסומאטיות.[7][8]
בשנת 2011, דווח כי L1 אנושי התגלה בגנום של חיידקי הזיבה, ככל הנראה שהגיע לשם בהעברת גנים אופקית.[9][10]
מִבְנֶה
אלמנט L1 טיפוסי הוא באורך של כ-6,000 זוגות בסיסים (bp) ומורכב משתי מסגרות קריאה פתוחות שאינן חופפות (ORFs) אשר מוקפות על ידי אזורים לא מתורגמים (UTRs) וכפילויות של אתר יעד. בבני אדם, חושבים ש-ORF2 מתורגם על ידי מנגנון סיום/התחלה מחדש לא קונבנציונלי,[11] בעוד L1s של עכברים מכילים אתר כניסה לריבוזום פנימי (IRES) במעלה הזרם של כל ORF.[12]
5' UTR
UTR 5' של אלמנט L1 מכיל מקדם שעתוק פנימי חזק של RNA פולימראז II במובן.[13]
UTRs 5' של L1s של עכברים מכילים מספר משתנה של מונומרים עשירים ב-GC של כ-200 bp, ואחריהם אזור קצר שאינו מונומרי. UTRs אנושיים 5' הם באורך של ~900 bp ואינם מכילים מוטיבים חוזרים. כל משפחות L1s האנושיות מכילות בקצה ה-5' ביותר שלהן מוטיב מחייב לגורם השעתוק YY1.[14] למשפחות צעירות יותר יש גם שני אתרי קשירה לגורמי שעתוק ממשפחת SOX. גם אתרי YY1 וגם אתרי SOX הוכחו כנדרשים להפעלה והפעלה של שעתוק L1 אנושי.[15][16] גם בעכבר וגם באדם UTR 5' מכילים גם מקדם אנטי - סנס חלש עם תפקוד לא ידוע.[17][18]
ORF1
ה-ORF הראשון של L1 מקודד לחלבון של 500 חומצות אמינו, 40 kDa חסר הומולוגיה עם כל חלבון בעל תפקוד ידוע. בבעלי חוליות, הוא מכיל תחום C-terminus שמור ו-N-terminus מפותל-סליל משתנה מאוד המתווך יצירת קומפלקסים טרימריים ORF1. לטרימרים ORF1 יש פעילות קושרת RNA ופעילות המסייעת בקיפולו, פעילות זו נחוצה לטרנספוזיציה.[19]
ORF2
ה-ORF השני של L1 מקודד לחלבון שיש לו פעילות אנדונוקלאז ו-reverse transcriptase. לחלבון המקודד יש משקל מולקולרי של 150 kDa. הביטוי האנטי-סנס המסיבי של תחום ה-RT של ORF2 דווח באאוקריוט הפרימיטיבי Entamoeba histolytica, מה שנותן את הסיבה הסבירה לאי זיהוי ה-ORF2p באורגניזם זה.[20]
תפקידים במחלות
מחלת הסרטן
פעילות L1 נצפתה בסוגים רבים של סרטן, עם הכנסות נרחבות במיוחד שנמצאו בסרטן המעי הגס והריאות.[21] כרגע לא ברור אם ההחדרות הללו הן גורמים או השפעות משניות של התקדמות הסרטן. עם זאת, לפחות שני מקרים מצאו שהחדרות L1 סומטיות גורמות לסרטן על ידי שיבוש רצפי הקידוד של הגנים APC ו-PTEN בסרטן המעי הגס וסרטן רירית הרחם, בהתאמה.[5]
כימות של מספר העתק L1 על ידי רמות מתילציה qPCR או L1 עם רצף ביסולפיט משמשים כסמנים ביולוגיים אבחנתיים בסוגים מסוימים של סרטן. L1 hypomethylation של דגימות גידול המעי הגס נמצא בקורלציה עם התקדמות שלב הסרטן.[22][23] יתר על כן, מבחני דם לא פולשניים למספר העתק L1 או רמות מתילציה מעידים על התקדמות סרטן השד או שלפוחית השתן ועשויים לשמש כשיטות לגילוי מוקדם.[24][25]
הפרעות נוירופסיכיאטריות
מספרי עותקים גבוהים יותר של L1 נצפו במוח האנושי בהשוואה לאיברים אחרים.[26][27] מחקרים על מודלים של בעלי חיים וקווי תאים אנושיים הראו ש-L1s הופכים פעילים בתאי אבות עצביים (NPCs), וכי דה-ויסות ניסיוני של L1 או ביטוי יתר של L1 מגביר פסיפס סומטי. תופעה זו מעוכבת על ידי Sox2, אשר מווסתת ב-NPCs, ועל ידי MeCP2 ומתילציה של L1 5' UTR.[3] קווי תאים אנושיים המדגימים את ההפרעה הנוירולוגית Rett syndrome, הנושאות מוטציות MeCP2, מציגות טרנספוזיציה מוגברת של L1, מה שמצביע על קשר בין פעילות L1 להפרעות נוירולוגיות.[28][3] מחקרים נוכחיים מכוונים לחקור את התפקידים הפוטנציאליים של פעילות L1 בהפרעות נוירו-פסיכיאטריות שונות כולל סכיזופרניה, הפרעות בספקטרום האוטיסטי, אפילפסיה, הפרעה דו-קוטבית, תסמונת טורט והתמכרות לסמים.[29] L1s מתבטאים מאוד גם במוח התמנון, מה שמרמז על מנגנון מתכנס בקוגניציה מורכבת.[30]
מחלת רשתית
רמות RNA מוגברות של Alu, הדורשות חלבוני L1, קשורות לצורה של ניוון מקולרי הקשור לגיל, הפרעה נוירולוגית של העיניים.[31]
מודל ניוון רשתית העכבר המופיע באופן טבעי rd7 נגרם על ידי החדרת L1 בגן Nr2e3.[32]
סיוע לתכנות מחדש של טלומרים
הוצע כי LINE-1 עשוי לתרום ישירות לתכנות מחדש של טלומרים בשלב 2-תאים של התפתחות העובר.[33]
COVID-19
בשנת 2021, מחקר הציע שאלמנטים LINE1 עשויים להיות אחראים לאנדוגיזציה פוטנציאלית של גנום SARS-CoV-2 בתאי סרטן מוטנטיים Huh7,[34] מה שאולי יסביר מדוע חלק מהחולים הנבדקים בPCR מקבלים תוצאה חיובית עבור SARS-CoV-2 גם לאחר פינוי הנגיף. עם זאת, תוצאות אלו זכו לביקורת כלא ניתנות לשחזור,[35] מטעות ושכיחות נדירות[36] או מלאכותיות.[37]
לקריאה נוספת
- L1Base, מסד נתונים של הערות פונקציונליות וחיזויים של רכיבי LINE1 פעילים[38]