LINE-1 ORF1pはヒト/オランウータンSVAおよびジボンLAVAの基質選好性を決定しない

LINE-1 ORF1p does not determine substrate preference for human/orangutan SVA and gibbon LAVA.

• Annette Damert

抄録

背景:

非自律型VNTR（可変タンデムリピート数）複合レトロトランスポゾンであるSVA（SINE-R-VNTR-）とLAVA（L1-VNTR-）は、ホモ類霊長類に特異的なものである。SVAは類人猿で拡大し、LAVAはジボンで拡大した。SVAとLAVAの両方が、ヒトでは自律的なLINE-1（L1）エンコードされた蛋白質機械によって動員されることが、ヒトでは細胞ベースのアッセイで明らかにされている。しかし、ヒトSVAのin vitroでの逆転写の効率は、最近の血統に基づくin vivoでの推定値に基づいて予想されるよりもかなり低いものであった。ヒトのSVAは、ヒトのSVAと同様に、5'-likeドメインとVNTRの複合体で構成されていた。現在、それぞれの系統で異なるパートナーL1サブファミリーが活動している。系統特異的なタイプのVNTR複合体が、自律的なパートナー、特に核酸結合L1 ORF1をコードするタンパク質の進化的変化に応答して進化した可能性は、これまで取り上げられていない。

Background: Non-autonomous VNTR (Variable Number of Tandem Repeats) composite retrotransposons - SVA (SINE-R-VNTR-) and LAVA (L1--VNTR-) - are specific to hominoid primates. SVA expanded in great apes, LAVA in gibbon. Both SVA and LAVA have been shown to be mobilized by the autonomous LINE-1 (L1)-encoded protein machinery in a cell-based assay in . The efficiency of human SVA retrotransposition in vitro has, however, been considerably lower than would be expected based on recent pedigree-based in vivo estimates. The VNTR composite elements across hominoids - gibbon LAVA, orangutan SVA_A descendants and hominine SVA_D descendants - display characteristic structures of the 5' -like domain and the VNTR. Different partner L1 subfamilies are currently active in each of the lineages. The possibility that the lineage-specific types of VNTR composites evolved in response to evolutionary changes in their autonomous partners, particularly in the nucleic acid binding L1 ORF1-encoded protein, has not been addressed.

結果:

ここでは、改良されたレトロトランスポジションレポーターカセットを用いて、高活性なヒトSVA要素の同定と機能的特性を報告する。改良されたカセット（）は、ヒトSVAのVNTRとネオマイシンホスホトランスフェラーゼの停止コドンとの間のスプライシングを最小限に抑えている。SVAの欠失分析は、その動員効率を決定する鍵となる要素がVNTRと5'ヘキサメリックリピートに存在することを示す証拠を提供する。5'ヘキサメリックリピートとVNTRの一部を同時に除去すると、動員率に相加的な負の効果があることがわかった。SVA/LAAVAレトロトランスポジションの種間比較を容易にする改変レポーターカセットを利用して、ジボン、オランウータン、ヒトで現在活性化されているL1サブファミリーのORF1をコードするタンパク質は、ジボンLAVA対オランウータンSVA対ヒトSVAの基質選好性を示さないことを示した。最後に、オランウータン由来のORF1pは、ヒトではL1動員に完全に機能しているにもかかわらず、ヒトではSVA/LAVAのレトロトランスポジションを限定的にしかサポートしないことを示した。

Results: Here I report the identification and functional characterization of a highly active human SVA element using an improved retrotransposition reporter cassette. The modified cassette () minimizes splicing between the VNTR of human SVAs and the neomycin phosphotransferase stop codon. SVA deletion analysis provides evidence that key elements determining its mobilization efficiency reside in the VNTR and 5' hexameric repeats. Simultaneous removal of the 5' hexameric repeats and part of the VNTR has an additive negative effect on mobilization rates. Taking advantage of the modified reporter cassette that facilitates robust cross-species comparison of SVA/LAVA retrotransposition, I show that the ORF1-encoded proteins of the L1 subfamilies currently active in gibbon, orangutan and human do not display substrate preference for gibbon LAVA versus orangutan SVA versus human SVA. Finally, I demonstrate that an orangutan-derived ORF1p supports only limited retrotransposition of SVA/LAVA in , despite being fully functional in L1 mobilization in .

結論:

全体的な解析から、SVAは高活性のヒトレトロトランスポゾンであり、L1エンコードされたタンパク質機構の好ましい基質であることが確認された。ヒト細胞で得られた結果から、L1 ORF1pとVNTR複合体が共進化する可能性は低いと考えられる。また、オランウータンのL1 ORF1pは、L1 ORF1pの動員能力を著しく低下させていることから、オランウータンとヒトの系統におけるSVA挿入率の違いを説明することができるかもしれない。

Conclusions: Overall, the analysis confirms SVA as a highly active human retrotransposon and preferred substrate of the L1-encoded protein machinery. Based on the results obtained in human cells coevolution of L1 ORF1p and VNTR composites does not appear very likely. The changes in orangutan L1 ORF1p that markedly reduce its mobilization capacity in might explain the different SVA insertion rates in the orangutan and hominine lineages, respectively.

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