알루 원소

Alu element

알루 원소는 원래 아르스테로박터 루테우스(Alu) 제한 엔도누클레스의 작용으로 특징지어지는 DNA의 짧은 스트레칭이다.[1]알루 원소는 인간 게놈 전체로 분산된 100만 부 이상의 복제품이 포함된 가장 풍부한 전이성 원소다.[2]알루 원소들은 이기적이거나 기생적인 DNA로 생각되었는데, 그들의 유일한 알려진 기능은 자기 재생산이기 때문이다.그러나 이들은 진화에서 역할을 할 가능성이 높고 유전적 표지로 사용되어 왔다.[3][4]그것들은 신호 인식 입자의 구성 요소인 작은 세포질 7SL RNA에서 파생된다.알루 원소는 영장류 게놈 내에서 보존성이 뛰어나며 수프라프림테스 조상의 게놈에서 유래한다.[5]null

알루 삽입술은 몇몇 유전된 인간의 질병과 다양한 형태의 암에 관련되어 있다.null

알루 원소에 대한 연구는 또한 인간의 진화를 포함한 인간의 인구 유전학 및 영장류의 진화에도 중요한 역할을 해왔다.null

여성 인체 림프구(46, XX)에서 나온 카리오타입.염색체는 알루 원소용 탐침(녹색)으로 교배하고 TOPRO-3(빨간색)로 역주사했다.알루 원소는 유전자가 풍부한 염색체와 염색체 띠의 표식기로 사용되었다.

알루 가문

알루족(Alu family)은 인간의 게놈을 포함한 영장류 게놈의 반복적인 원소들의 가족이다.[6]현대의 알루 원소는 약 300개의 염기쌍으로 길이가 길며, 따라서 반복적인 DNA 원소의 종류 중에서 단분위간 핵원소(SINE)로 분류된다.전형적인 구조는 5' - A - A5TACA6 - B - Part B - PolyA Tail - 3'이며, 여기서 A와 B부("좌팔" 및 "우팔"이라고도 함)는 유사한 뉴클레오티드 시퀀스다.다른 방식으로 표현하면, 현대적인 알루 원소는 1억년 전에 두 개의 뚜렷한 FAM(화석 고풍스러운 단조기)의 머리에서 꼬리까지 융합되어 나타났다고 믿어지고, 따라서 A-rich Linker가 결합한 두 개의 유사하지만 뚜렷한 단조기(왼쪽과 오른쪽 팔)의 희미한 구조로 여겨진다.두 모노머는 모두 SRP RNA라고도 알려진 7SL에서 진화한 것으로 생각된다.[7]폴리아 꼬리의 길이는 알루과에 따라 다르다.null

인간의 게놈 전체에는 백만 개 이상의 알루 원소가 섞여 있으며, 인간 게놈의 약 10.7%가 알루 염기서열로 구성되어 있는 것으로 추정된다.그러나 0.5% 미만이 다형성(즉, 둘 이상의 형태나 형태에서 발생한다)이다.[8]1988년, Jerzy Jurka와 Temple Smith는 AluJ(Jurika의 이름)와 AluS(Smith의 이름)로 알려진 두 개의 주요 하위 가족에서 알루 원소가 분리되어 있다는 것을 발견했고, 다른 알루 하위 가족들도 여러 그룹에 의해 독자적으로 발견되었다.[9]이후 활동적인 알루 요소가 포함된 알루스의 하위 하위 계열에는 알루이(AluY)라는 별도의 이름이 붙었다.6천 5백만 년 전으로 거슬러 올라가면, AluJ 혈통은 인간 게놈에서 가장 오래되고 활동이 적다.젊은 AluS 계통의 나이는 약 3천만 살이며, 여전히 몇몇 활동적인 요소들을 포함하고 있다.마지막으로, AluY 원소는 세 개 중 가장 어리고 인간의 게놈을 따라 움직이는 가장 큰 성질을 가지고 있다.[10]알루 하위가족의 발견은 마스터/소스 유전자의 가설을 낳았고, 전이 가능한 요소(활성 요소)와 분할된 반복적인 DNA(활성 원소의 변형된 사본) 사이에 결정적인 연결고리를 제공했다.[11]null

관련 요소

쥐와 생쥐의 B1 원소 역시 7SL RNA에서 진화했다는 점에서 알루스와 유사하지만 왼쪽 모노머 팔은 하나만 가지고 있다.인간 알루스의 95%는 침팬지에서도 발견되며, 쥐의 B 원소의 50%는 쥐에서도 발견된다.이 원소들은 대부분 유전자의 내부와 상류 규제 요소에서 발견된다.[12]null

알루와 B1의 조상 형태는 알루 모노머 화석이다. 왼쪽 팔과 오른쪽 팔의 자유 부유 형태는 각각 자유 왼쪽 알루 모노머(FLAMs)와 자유 오른쪽 알루 모노머(FRAMs)라고 불린다.[13]영장류에서 주목할 만한 FLAM은 BC200 lncRNA이다.

시퀀스 피쳐

머린의 유전자 구조Alu를 포함한 LINE1 및 SINE.

알루에서 두 개의 주요 프로모터 "상자"를 찾을 수 있다: 5' A 상자TGGCTCACGCC 및 합의 GWTCGAGAC(IUPAC 핵산 표기법)가 있는 3' B 상자.RNA 중합효소 III에 의해 옮겨지는 tRNA는 유사하지만 강한 프로모터 구조를 가지고 있다.[14]두 상자는 모두 왼팔에 위치한다.[7]

알루 원소는 내부 프로모터에 4개 이하의 레티노산 반응 요소 헥사머 사이트를 포함하며, 마지막 것은 "B상자"[15]와 중복된다.아래의 7SL (SRP) RNA 예에서 기능적 육각체는 실선을 사용하여 밑줄이 그어져 있으며, 비기능적 세 번째 육각체는 점선을 사용하여 다음과 같이 표시된다.

GCCGGGCGCGGTGGCGCGTGCCTGTAGTCCCagctACTCGGGAGGCTGAGGCTGGAGGATCGCTTGAGTCCAGGAGTTCTGGGCTGTAGTGCGCTATGCCGATCGGAATAGCCACTGCACTCCAGCCTGGGCAACATAGCGAGACCCCGTCTC.

Alu I endonuclease의 인식 순서는 5' ag/ct 3'이다. 즉, 효소는 구아닌과 시토신 잔류물 사이의 DNA 부분을 절단한다(위 소문자).[16]null

알루 원소

알루 원소는 조직별 유전자의 조절을 담당한다.그들은 또한 가까운 유전자의 전사에도 관여하며 때때로 유전자가 표현되는 방식을 바꿀 수 있다.[17]null

알루 원소는 역트랜스포존이며 RNA 중합효소 III 인코딩 RNA로 만든 DNA 복제품처럼 보인다.알루 원소는 단백질 제품을 위해 부호화하지 않는다.그것들은 다른 DNA 서열처럼 복제되지만, 새로운 원소의 생성을 위해 LINE 역트랜스포존에 의존한다.[18]null

알루 원소 복제와 동원은 신호 인식 입자(SRPs)와의 상호작용에 의해 시작되는데, 이 입자는 새로 번역된 단백질이 최종 목적지에 도달하도록 돕는다.[19]알루 RNA는 SRP9와 SRP14로 구성된 단백질 헤테로디머로 특정 RNA:단백질 콤플렉스를 형성한다.[19] SRP9/14는 알루의 초기 L1 단백질을 포획하는 리보솜에 부착을 용이하게 한다.따라서 알루 원소는 L1 단백질의 역분해효소를 제어할 수 있어 알루의 RNA 염기서열이 L1의 mRNA가 아닌 게놈으로 복사되도록 할 수 있다.[10]

영장류의 알루 원소들은 알루 원소 삽입사건은 읽기 쉽고 게놈에 대대로 충실하게 기록되는 특징적인 서명이 있기 때문에 비교적 해독하기 쉬운 화석 기록을 형성한다.따라서 Alu Y 원소(더 최근에 진화)에 대한 연구는 공통의 조상이 있는 경우, 개인은 특정한 Alu 원소 삽입만 공유할 가능성이 높기 때문에 조상의 세부사항을 밝혀낸다.알루 원소의 삽입은 백만 년당 100~200회에 불과하고, 알려진 삭제 메커니즘이 발견되지 않았기 때문이다.그러므로 원소를 가진 개인은 한 조상을 가진 조상으로부터 유래했을 가능성이 있으며, 그렇지 않은 조상은 그 반대일 가능성이 있다.유전학에서, 최근에 삽입된 알루 원소의 존재 또는 결여는 인간 진화를 연구할 때 고려해야 할 좋은 특성일 수 있다.[20]null

대부분의 인간 알루 원소 삽입은 다른 영장류의 게놈의 해당 위치에서 발견될 수 있지만 약 7,000 알루 삽입은 인간에게만 고유한 것이다.[21]null

인간에게 미치는 영향

알루 원소는 유전자 발현에 영향을 미치기 위해 제안되었고 스테로이드 호르몬 수용체를 위한 기능 촉진 영역을 포함하고 있는 것으로 밝혀졌다.[15][22]알루 원소에서 발견된 CpG 디뉴클레오티드의 풍부한 함량 때문에 이들 지역은 메틸화 현장으로서 인간 게놈의 메틸화 현장의 최대 30%에 기여하고 있다.[23]알루 원소는 또한 인간에게 돌연변이를 일으키는 공통적인 원천이기도 하지만, 그러한 돌연변이는 종종 mRNA 이전(introns)의 부호화되지 않은 영역에만 국한되며, 이 영역은 전달자에 대한 식별 가능한 영향이 거의 없다.[24]인트론(또는 RNA의 비코딩 영역)의 돌연변이는 개인의 게놈의 코딩 부분이 돌연변이를 포함하지 않는 경우 개인의 표현형상에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않는다.인체에 해로울 수 있는 알루 삽입물은 부호화 부위(외부)나 스플라이싱 공정 후 mRNA에 삽입된다.[25]null

그러나 발생된 변화는 인간의 움직임과 조상에 대한 연구에 사용될 수 있으며,[26] 일반적으로[28] 알루와[27] 레트로트랜스포존스의 돌연변이 유발 효과는 인간 게놈의 진화에 큰 역할을 했다.또한 알루 삽입 또는 삭제와 인간의 특정 효과와 관련된 많은 사례도 있다.

인간병과의 연관성

알루 삽입은 때때로 파괴적이며 유전적인 장애를 초래할 수 있다.그러나, 대부분의 알루 변형은 질병과 분리되는 표지의 역할을 하므로 특정 알루 알레르기가 있다고 해서 반드시 알루병에 걸릴 것이라는 의미는 아니다.알루 매개 재조합이 암에 대한 일반적인 유전적 소인을 유발한다는 첫 보고서는 1995년 유전성 비종양성 대장암에 대한 보고서였다.[29]인간 게놈에서 가장 최근에 활동한 것은 22개의 AluY와 6개의 AluS Transposon Element 하위 가족이었다. 왜냐하면 그들의 유전적 활동으로 인해 다양한 암을 유발하기 때문이다.그러므로 그들의 주요한 유전적 손상으로 인해 그들의 전이 활동에 영향을 미치는 원인을 이해하는 것이 중요하다.[30]null

알루 삽입술에는 다음과 같은 인간의 질병이 연관되어 있다.[26][31]

그리고 다음 질병들은 전사 수준에 영향을 미치는 알루 원소의 단일 뉴클레오티드 DNA 변이와 연관되어 왔다.[33]

관련 인간 돌연변이

  • 안지오텐신 변환효소를 인코딩하는 ACE 유전자는 두 가지 일반적인 변형을 가지고 있는데 하나는 알루 삽입(ACE-I), 하나는 알루 삭제(ACE-D)가 있다.이러한 변화는 스포츠 능력의 변화와 관련이 있다. 알루 요소의 존재는 지구력 지향 이벤트(예: 3종 경기)에서의 더 나은 성과와 관련이 있는 반면, 그것의 부재는 강도 및 전력 지향적인 성과와 관련이 있다.[34]
  • 올드 월드 영장류(인류 포함)에서 삼색성의 재유지를 초래한 opsin 유전자 중복은 알루 원소의 측면에 있으며,[35] 3색 시력의 진화에 알루의 역할을 포함한다.

참조

  1. ^ Schmid, Carl W; Deininger, Prescott L (1975). "Sequence organization of the human genome". Cell. 6 (3): 345–58. doi:10.1016/0092-8674(75)90184-1. PMID 1052772. S2CID 42804857.
  2. ^ Szmulewicz, Martin N; Novick, Gabriel E; Herrera, Rene J (1998). "Effects of Alu insertions on gene function". Electrophoresis. 19 (8–9): 1260–4. doi:10.1002/elps.1150190806. PMID 9694261. S2CID 45917758.
  3. ^ Kidwell, Margaret G; Lisch, Damon R (2001). "Perspective: Transposable Elements, Parasitic Dna, and Genome Evolution". Evolution. 55 (1): 1–24. doi:10.1554/0014-3820(2001)055[0001:ptepda]2.0.co;2. PMID 11263730.
  4. ^ Pray, Leslie (2008). "Functions and Utility of Alu Jumping Genes". Scitable.com. Nature. Retrieved 26 June 2019.
  5. ^ Kriegs, Jan Ole; Churakov, Gennady; Jurka, Jerzy; Brosius, Jürgen; Schmitz, Jürgen (2007). "Evolutionary history of 7SL RNA-derived SINEs in Supraprimates". Trends in Genetics. 23 (4): 158–61. doi:10.1016/j.tig.2007.02.002. PMID 17307271.
  6. ^ Arcot, Santosh S.; Wang, Zhenyuan; Weber, James L.; Deininger, Prescott L.; Batzer, Mark A. (September 1995). "Alu Repeats: A Source for the Genesis of Primate Microsatellites". Genomics. 29 (1): 136–144. doi:10.1006/geno.1995.1224. ISSN 0888-7543. PMID 8530063.
  7. ^ a b Häsler, Julien; Strub, Katharina (2006). "Alu elements as regulators of gene expression". Nucleic Acids Research. 34 (19): 5491–7. doi:10.1093/nar/gkl706. PMC 1636486. PMID 17020921.
  8. ^ Roy-Engel, A. M; Carroll, M. L; Vogel, E; Garber, R. K; Nguyen, S. V; Salem, A. H; Batzer, M. A; Deininger, P. L (2001). "Alu insertion polymorphisms for the study of human genomic diversity". Genetics. 159 (1): 279–90. doi:10.1093/genetics/159.1.279. PMC 1461783. PMID 11560904.
  9. ^ Jurka, J; Smith, T (1988). "A fundamental division in the Alu family of repeated sequences". Proceedings of the National Academy of Sciences. 85 (13): 4775–8. Bibcode:1988PNAS...85.4775J. doi:10.1073/pnas.85.13.4775. PMC 280518. PMID 3387438.
  10. ^ a b Bennett, E. A; Keller, H; Mills, R. E; Schmidt, S; Moran, J. V; Weichenrieder, O; Devine, S. E (2008). "Active Alu retrotransposons in the human genome". Genome Research. 18 (12): 1875–83. doi:10.1101/gr.081737.108. PMC 2593586. PMID 18836035.
  11. ^ Richard Shen, M; Batzer, Mark A; Deininger, Prescott L (1991). "Evolution of the master Alu gene(s)". Journal of Molecular Evolution. 33 (4): 311–20. Bibcode:1991JMolE..33..311R. doi:10.1007/bf02102862. PMID 1774786. S2CID 13091552.
  12. ^ Tsirigos, Aristotelis; Rigoutsos, Isidore; Stormo, Gary D. (18 December 2009). "Alu and B1 Repeats Have Been Selectively Retained in the Upstream and Intronic Regions of Genes of Specific Functional Classes". PLOS Computational Biology. 5 (12): e1000610. Bibcode:2009PLSCB...5E0610T. doi:10.1371/journal.pcbi.1000610. PMC 2784220. PMID 20019790.
  13. ^ Kojima, K. K. (16 August 2010). "Alu Monomer Revisited: Recent Generation of Alu Monomers". Molecular Biology and Evolution. 28 (1): 13–15. doi:10.1093/molbev/msq218. PMID 20713470.
  14. ^ Conti, A; Carnevali, D; Bollati, V; Fustinoni, S; Pellegrini, M; Dieci, G (January 2015). "Identification of RNA polymerase III-transcribed Alu loci by computational screening of RNA-Seq data". Nucleic Acids Research. 43 (2): 817–35. doi:10.1093/nar/gku1361. PMC 4333407. PMID 25550429.
  15. ^ a b Vansant, G; Reynolds, W. F (1995). "The consensus sequence of a major Alu subfamily contains a functional retinoic acid response element". Proceedings of the National Academy of Sciences. 92 (18): 8229–33. Bibcode:1995PNAS...92.8229V. doi:10.1073/pnas.92.18.8229. PMC 41130. PMID 7667273.
  16. ^ Ullu E, Tschudi C (1984). "Alu sequences are processed 7SL RNA genes". Nature. 312 (5990): 171–2. Bibcode:1984Natur.312..171U. doi:10.1038/312171a0. PMID 6209580. S2CID 4328237.
  17. ^ Britten, R. J (1996). "DNA sequence insertion and evolutionary variation in gene regulation". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93 (18): 9374–7. Bibcode:1996PNAS...93.9374B. doi:10.1073/pnas.93.18.9374. PMC 38434. PMID 8790336.
  18. ^ Kramerov, D; Vassetzky, N (2005). "Short Retroposons in Eukaryotic Genomes". International Review of Cytology. 247: 165–221. doi:10.1016/S0074-7696(05)47004-7. PMID 16344113.
  19. ^ a b Weichenrieder, Oliver; Wild, Klemens; Strub, Katharina; Cusack, Stephen (2000). "Structure and assembly of the Alu domain of the mammalian signal recognition particle". Nature. 408 (6809): 167–73. Bibcode:2000Natur.408..167W. doi:10.1038/35041507. PMID 11089964. S2CID 4427070.
  20. ^ Terreros, Maria C.; Alfonso-Sanchez, Miguel A.; Novick; Luis; Lacau; Lowery; Regueiro; Herrera (September 11, 2009). "Insights on human evolution: an analysis of Alu insertion polymorphisms". Journal of Human Genetics. 54 (10): 603–611. doi:10.1038/jhg.2009.86. PMID 19745832. S2CID 8153502.
  21. ^ Chimpanzee Sequencing Analysis Consortium (2005). "Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome". Nature. 437 (7055): 69–87. Bibcode:2005Natur.437...69.. doi:10.1038/nature04072. PMID 16136131. S2CID 2638825.
  22. ^ Norris, J; Fan, D; Aleman, C; Marks, J. R; Futreal, P. A; Wiseman, R. W; Iglehart, J. D; Deininger, P. L; McDonnell, D. P (1995). "Identification of a new subclass of Alu DNA repeats that can function as estrogen receptor-dependent transcriptional enhancers". The Journal of Biological Chemistry. 270 (39): 22777–82. doi:10.1074/jbc.270.39.22777. PMID 7559405. S2CID 45796017.
  23. ^ Schmid, C. W (1998). "Does SINE evolution preclude Alu function?". Nucleic Acids Research. 26 (20): 4541–50. doi:10.1093/nar/26.20.4541. PMC 147893. PMID 9753719.
  24. ^ Lander, Eric S; Linton, Lauren M; Birren, Bruce; Nusbaum, Chad; Zody, Michael C; Baldwin, Jennifer; Devon, Keri; Dewar, Ken; Doyle, Michael; Fitzhugh, William; Funke, Roel; Gage, Diane; Harris, Katrina; Heaford, Andrew; Howland, John; Kann, Lisa; Lehoczky, Jessica; Levine, Rosie; McEwan, Paul; McKernan, Kevin; Meldrim, James; Mesirov, Jill P; Miranda, Cher; Morris, William; Naylor, Jerome; Raymond, Christina; Rosetti, Mark; Santos, Ralph; Sheridan, Andrew; et al. (2001). "Initial sequencing and analysis of the human genome" (PDF). Nature. 409 (6822): 860–921. Bibcode:2001Natur.409..860L. doi:10.1038/35057062. PMID 11237011.
  25. ^ Deininger, Prescott L; Batzer, Mark A (1999). "Alu Repeats and Human Disease". Molecular Genetics and Metabolism. 67 (3): 183–93. doi:10.1006/mgme.1999.2864. PMID 10381326. S2CID 15651921.
  26. ^ a b Batzer, Mark A; Deininger, Prescott L (2002). "Alu Repeats and Human Genomic Diversity". Nature Reviews Genetics. 3 (5): 370–9. doi:10.1038/nrg798. PMID 11988762. S2CID 205486422.
  27. ^ Shen, S; Lin, L; Cai, J. J; Jiang, P; Kenkel, E. J; Stroik, M. R; Sato, S; Davidson, B. L; Xing, Y (2011). "Widespread establishment and regulatory impact of Alu exons in human genes". Proceedings of the National Academy of Sciences. 108 (7): 2837–42. Bibcode:2011PNAS..108.2837S. doi:10.1073/pnas.1012834108. PMC 3041063. PMID 21282640.
  28. ^ Cordaux, Richard; Batzer, Mark A (2009). "The impact of retrotransposons on human genome evolution". Nature Reviews Genetics. 10 (10): 691–703. doi:10.1038/nrg2640. PMC 2884099. PMID 19763152.
  29. ^ Nyström-Lahti, Minna; Kristo, Paula; Nicolaides, Nicholas C; Chang, Sheng-Yung; Aaltonen, Lauri A; Moisio, Anu-Liisa; Järvinen, Heikki J; Mecklin, Jukka-Pekka; Kinzler, Kenneth W; Vogelstein, Bert; de la Chapelle, Albert; Peltomäki, Päivi (1995). "Founding mutations and Alu-mediated recombination in hereditary colon cancer". Nature Medicine. 1 (11): 1203–6. doi:10.1038/nm1195-1203. PMID 7584997. S2CID 39468812.
  30. ^ Jin, Lingling; McQuillan, Ian; Li, Longhai (2017). "Computational identification of harmful mutation regions to the activity of transposable elements". BMC Genomics. 18 (Suppl 9): 862. doi:10.1186/s12864-017-4227-z. PMC 5773891. PMID 29219079.
  31. ^ Deininger, Prescott (2011). "Alu elements: Know the SINEs". Genome Biology. 12 (12): 236. doi:10.1186/gb-2011-12-12-236. PMC 3334610. PMID 22204421.
  32. ^ Fukuda, Shinichi; Varshney, Akhil; Fowler, Benjamin J.; Wang, Shao-bin; Narendran, Siddharth; Ambati, Kameshwari; Yasuma, Tetsuhiro; Magagnoli, Joseph; Leung, Hannah; Hirahara, Shuichiro; Nagasaka, Yosuke (2021-02-09). "Cytoplasmic synthesis of endogenous Alu complementary DNA via reverse transcription and implications in age-related macular degeneration". Proceedings of the National Academy of Sciences. 118 (6): e2022751118. doi:10.1073/pnas.2022751118. ISSN 0027-8424. PMC 8017980. PMID 33526699. S2CID 231761522.
  33. ^ "SNP in the promoter region of the myeloperoxidase MPO gene". SNPedia. Archived from the original on 2010-05-21. Retrieved 2010-03-14.[의학적 출처?]
  34. ^ Puthucheary, Zudin; Skipworth, James RA; Rawal, Jai; Loosemore, Mike; Van Someren, Ken; Montgomery, Hugh E (2011). "The ACE Gene and Human Performance". Sports Medicine. 41 (6): 433–48. doi:10.2165/11588720-000000000-00000. PMID 21615186. S2CID 42531424.
  35. ^ Dulai, K. S; von Dornum, M; Mollon, J. D; Hunt, D. M (1999). "The evolution of trichromatic color vision by opsin gene duplication in New World and Old World primates". Genome Research. 9 (7): 629–38. doi:10.1101/gr.9.7.629. PMID 10413401. S2CID 10637615.

외부 링크