Retrozyme

Las retrozimas son una familia de retrotransposones descubiertos inicialmente en los genomas de las plantas ^{[ 1 ]} , pero ahora también se conocen en los genomas de los animales ^{[ 2 ]} . Las retrozimas contienen una ribozima cabeza de martillo (HHR) en sus secuencias (de ahí que el nombre retrozima sea una combinación de retrotransposón y ribozima cabeza de martillo ), aunque no poseen regiones codificantes. Las retrozimas son retroelementos no autónomos, por lo que toman prestadas proteínas de otros elementos para moverse a nuevas regiones del genoma . Las retrozimas se transcriben activamente en ARN circular covalentemente cerrado (circRNA o cccRNA) y se detectan en ambas polaridades, lo que puede indicar el uso de la replicación en círculo rodante en su ciclo de vida ^{[ 3 ] .}

La estructura genómica de una retroenzima en plantas implica una región central no codificante que puede extenderse aproximadamente entre 300 y 600 nt, flanqueada por repeticiones terminales largas de aproximadamente 300 a 400 nt que contienen el motivo HHR. También poseen dos secuencias (un sitio de unión del cebador (PBS) complementario a la secuencia tRNA-Met y un tracto de polipurinas (PPT)) necesarias para iniciar la síntesis de ADN durante la movilización. La característica más distintiva de la retroenzima en comparación con otros elementos de los genomas vegetales es la ribozima cabeza de martillo. Por lo demás, se asemejan a otras características conocidas de los genomas vegetales, como los retrotransposones de repetición terminal en miniatura (TRIM) y los retrotransposones LTR pequeños (SMART). El PBS, el PPT y el motivo HHR son las únicas partes de las secuencias de la retroenzima que muestran conservación y homología . ^{[ 4 ]} Actualmente, se cree que las retroenzimas evolucionaron a partir de una gran familia de retrotransposones conocida en muchos eucariotas como elementos tipo Penelope (PLE). Las retroenzimas comparten una serie de características peculiares con PLE, incluyendo un HHR de tipo I, aparición como copias en tándem y coexistencia en todos los metazoos analizados hasta la fecha. ^{[ 2 ] [ 4 ]}

Actualmente se sabe que las retroenzimas alcanzan tamaños de secuencia que van desde los 170 nt hasta los 1116 nt. Las retroenzimas más pequeñas se encuentran típicamente en invertebrados , como una retroenzima de 300 nt en el genoma del mejillón mediterráneo ( Mytilus galloprovincialis ). La retroenzima más grande conocida tiene una longitud de 1116 nt y fue descubierta en el genoma de una cepa de Jatropha curcas . ^{[ 5 ]}

Actualmente, la única base de datos para retroenzimas y elementos similares es ViroidDB, que contiene secuencias de 73 retroenzimas obtenidas de la base de datos de nucleótidos del Centro Nacional de Información Biotecnológica . ^{[ 6 ]} Las secuencias de retroenzimas, en particular, se encontraron y descargaron inicialmente de GenBank de forma directa e independiente , ya que las retroenzimas actualmente no tienen una clasificación taxonómica. ^{[ 6 ]} Se han desarrollado algunos métodos para estudiar las retroenzimas en el laboratorio. ^{[ 7 ]}

Las retroenzimas se acumulan de forma diferencial en distintos tejidos de las plantas. Además, las variedades domesticadas de algunas especies contienen sustancialmente menos copias de retroenzimas, lo que indica que la domesticación ejerce una presión de selección negativa sobre las secuencias de retroenzimas. Otra característica interesante de las retroenzimas en las plantas es su transcripción activa, a pesar de que la mayoría de los retrotransposones son inactivos. ^{[ 1 ]}

Las retroenzimas más pequeñas conocidas son las que se encuentran en los invertebrados , donde pueden variar de 170 a 400 nt. Parecen expresarse en, al menos, la mayoría de los tipos celulares. Al igual que en las plantas, las retroenzimas en los animales también se expresan en altos niveles tanto en células somáticas como germinales . Si bien se han encontrado retroenzimas en formas lineales y circulares, se han observado niveles mucho más abundantes de retroenzimas circulares in vivo , y las formas lineales podrían ser producto de la autocorte por el motivo HHR durante la replicación o resultado de una ruptura espontánea durante la purificación. ^{[ 2 ]}

Las retroenzimas animales presentan varias diferencias con las retroenzimas vegetales. Diferentes proteínas circularizan y transcriben reversiblemente las retroenzimas vegetales y animales durante el ciclo de replicación. Las retroenzimas animales carecen de todas las repeticiones terminales largas características, PBS y PPT conocidas en las retroenzimas vegetales. Y mientras que las retroenzimas vegetales solo tienen una o dos copias del motivo HHR, las retroenzimas animales pueden tener muchas copias de este tipo. Las retroenzimas animales también tienen repeticiones en tándem más pequeñas que a menudo están flanqueadas por duplicaciones del lado diana (TSD). Las TSD en animales suelen ser de 8 a 12 pb, ligeramente mayores que las TSD de 4 pb que se encuentran en las plantas. ^{[ 8 ]}

La secuencia de retroenzima es transcrita inicialmente por una polimerasa en el huésped. El producto es una secuencia de ARN oligomérica, un único transcrito que contiene múltiples copias de la secuencia de retroenzima. El motivo ribozima cabeza de martillo realiza entonces una autocorte autocatalítica para separar el transcrito oligomérico en varios transcritos monoméricos, cada uno con una sola copia de la secuencia de retroenzima. Esta copia es un intermediario del ciclo de replicación, que presenta la polaridad opuesta a la de la secuencia original, con un extremo 5'-hidroxilo y un extremo 2'-3'-fosfato cíclico. Una proteína ligasa en el huésped puede circularizar este intermediario en una molécula de ARN circular estable. En las plantas, esta ligasa es una ligasa de ARNt de cloroplasto. La dependencia de la ligasa de ARNt de cloroplasto para la circularización también se observa en la familia de viroides Avsunviroidae . En los animales, la ligasa es una ligasa de ARNt RtcB. Se requiere la actividad de la transcriptasa inversa de un retrotransposón diferente para generar un ADN complementario correspondiente del ARN de la retroenzima, y ​​la polaridad de este ADNc corresponde a la polaridad de la secuencia original. Las retroenzimas de plantas y animales dependen de diferentes retrotransposones para producir una copia de ADNc de su molécula de ARN. En las plantas, se utilizan retrotransposones LTR de la familia Gypsy. Aunque no está claro qué tipo de retrotransposones se utilizan en los animales, podrían ser clases como LINE o PLE. Una vez producida la copia de ADN, la secuencia de la retroenzima tiene la oportunidad de reinsertarse en un locus genómico. ^{[ 2 ]}

Las retrozimas poseen similitudes con ciertos tipos de elementos genéticos móviles (EGM), especialmente viroides , ARN satélite (ARNsat) y Ribozyviria (un reino de virus descrito recientemente ^{[ 9 ]} ). Por ejemplo, el motivo de ribozima cabeza de martillo (HHR) se encuentra en todos estos elementos. Estos elementos también se replican mediante replicación en círculo rodante , donde el motivo HHR desempeña la función autocatalítica de escindir la molécula de ARN circular en un sitio conservado. Además, todos estos elementos dependen de una polimerasa del huésped para transcribir su secuencia y de una ligasa para recircularizarlos en una molécula de ARN circular. Las retrozimas forman conformaciones ramificadas, al igual que algunos ARNsat y Avsunviroidae (una de las dos clases de viroides). ^{[ 3 ]}

Debido a su simplicidad, muchos han sugerido que los viroides se originaron y son remanentes del mundo del ARN . ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} Otras sugerencias incluyen que los viroides derivan de otros virus, habiendo degenerado en tamaño y perdido cualquier gen codificante de proteínas. Se han planteado varios desafíos a estas sugerencias. El rango limitado de viroides y ARN satélite en plantas con flores (sin ninguno descubierto en bacterias y arqueas ) indica que sus orígenes son posteriores a la aparición de los eucariotas . ^{[ 11 ]} El reciente descubrimiento y los avances relacionados con las retroenzimas han llevado a la hipótesis actual de que las retroenzimas fueron la fuente de los orígenes de los viroides y el ARN satélite. ^{[ 4 ]} La relación con los ribozivirus es menos directa. Los ribozivirus son más complejos que las retroenzimas, los viroides y los satélites. Son el único elemento similar a un viroide que alberga un gen codificante de proteínas. Este gen codifica una cápside que sufre modificaciones postraduccionales para dar lugar a diferentes formas que, en conjunto, desempeñan diversas funciones en el huésped, permitiendo así su ciclo de vida. Además, los ribozivirus se encuentran exclusivamente en linajes animales, mientras que tanto los viroides como el ARN satélite solo se conocen como infecciosos en plantas. La escasa distribución de los ribozivirus en animales, junto con la sólida evidencia del origen de los viroides en plantas, sugiere que los ribozivirus constituyen la clase más reciente de elementos genéticos móviles (EGM). Los ribozivirus podrían haber surgido de los viroides y luego haberse transferido a los animales mediante transferencia horizontal de genes , adquiriendo en algún momento un gen codificante de proteínas. Alternativamente, dado que se conocen retrozimas tanto en plantas como en animales, estas podrían haber dado origen de forma independiente a los ribozivirus en los linajes animales. ^{[ 3 ]} No está claro si los viroides y otros elementos similares a viroides surgieron de retroenzimas una o varias veces, y aunque es improbable que se remonten al mundo del ARN, algunos siguen destacando su importancia como replicadores mínimos cercanos al límite inferior teórico del tamaño del replicador. ^{[ 3 ]}

• Ribozima cabeza de martillo
• Retrotransposón
• Ribozyviria
• Satélite (biología)
• Viroide
• Virus

• ViroidDB , una base de datos de ARN circulares viroides y similares a viroides.