Sequenze Ripetute Intersperse
Le sequenze ripetute intersperse (o elementi trasponibili) sono sequenze di DNA mobili diffuse in tutto il genoma in posizioni non contigue. Esse costituiscono una quota massiccia del genoma umano e si spostano tramite complessi meccanismi molecolari.
Meccanismi di Trasposizione
Esistono due modalità principali con cui gli elementi mobili si spostano nel genoma:
- Trasposizione a DNA (Conservativa): Meccanismo di tipo “taglia e incolla” (cut-and-paste). Il trasposone si stacca fisicamente tagliando le sue estremità dal sito donatore e si integra in un sito ricevente, senza duplicarsi. È un meccanismo molto raro e scarsamente attivo nel genoma umano, ma frequente nelle piante.
- Retro-trasposizione (Duplicativa): Meccanismo di tipo “copia e incolla” (copy-and-paste). A partire dall’elemento originale viene sintetizzato un trascritto di RNA, che viene poi convertito in cDNA tramite trascrittasi inversa e integrato in una nuova posizione del genoma. Questo processo raddoppia la copia dell’elemento ed è altamente attivo nell’uomo, spiegando l’enorme quantità di questi elementi nel cariotipo.
Classificazione degli Elementi Interspersei
Gli elementi interspersi umani si dividono in quattro classi principali:
1. LINEs (Long Interspersed Nuclear Elements)
Sequenze lunghe che costituiscono circa il 17,3% del genoma.
- LINE-1 (L1): È la famiglia principale. Una sequenza LINE-1 completa è lunga circa 6,1–8 Kb e possiede un promotore interno per la RNA polimerasi II e due regioni codificanti (Open Reading Frames):
- ORF-1: Codifica per la proteina P-40, una RNA-binding protein che si associa al trascritto di RNA.
- ORF-2: Codifica per una proteina di 140–150 kDa con attività biologica bifunzionale: possiede un dominio trascrittasi inversa (che copia l’RNA in cDNA) e un dominio endonucleasico/integrasi (che taglia il DNA genomico ospite consentendo l’integrazione del cDNA).
- Caratteristiche: Trovare LINE-1 integre nel genoma è raro poiché la trascrittasi inversa tende ad interrompere prematuramente la sintesi, lasciando copie tronche non funzionali. Le LINE-1 sono localizzate prevalentemente negli introni genici.
- Exon Shuffling: Le LINE-1 partecipano attivamente a questo meccanismo evolutivo: se una LINE situata in un introne viene trascritta insieme a un esone adiacente, l’intero blocco viene retro-trascritto e integrato in un altro gene, determinando l’inserimento di un nuovo dominio proteico (se viene mantenuta la cornice di lettura).
2. SINEs (Short Interspersed Nuclear Elements)
Sequenze corte (circa 220–280 bp) prive di capacità codificante autonoma, che rappresentano circa il 10,7% del genoma. Dipendono dai macchinari enzimatici delle LINE per la loro retrotrasposizione.
- Sequenza Alu: È l’elemento SINE più abbondante nell’uomo (oltre 1 milione di copie, una ogni 3-4 Kb). Si tratta di un dimero di circa 280 bp con monomeri contenenti sequenze ripetute ricche di adenine. Si ritiene che le sequenze Alu siano originate evolutivamente come pseudogeni processati dell’RNA 7SL (un RNA iperespresso coinvolto nel trasporto delle proteine attraverso le membrane biologiche, parte della signal recognition particle o SRP).
- Specificità di specie: La sequenza Alu è assente nei roditori (topi) ed è specifica dei primati. La sottofamiglia Alu YCL si ritrova esclusivamente nel genoma umano.
- Effetto patogenetico: Le sequenze Alu hanno un forte impatto patologico e possono causare malattie genetiche attraverso due vie:
- Integrazione mutagenica: L’inserimento di una Alu all’interno di un esone altera l’open reading frame impedendo l’espressione proteica, oppure altera i siti consensus di splicing se si inserisce ai confini introne-esone.
- Crossing over ineguale: La massiccia presenza di sequenze Alu identiche favorisce l’appaiamento errato dei cromosomi omologhi in meiosi, determinando delezioni o duplicazioni di esoni (es. alla base di alcune forme di beta-talassemia nel cluster genico delle globine).
3. Elementi LTR (Long Terminal Repeat)
Rappresentano il 4,7% del genoma e corrispondono a elementi simil-retrovirali.
- HERV/RTLV (Retrovirus Endogeni Umani): Sono retrovirus modificati che hanno infettato la linea germinale umana nel corso dell’evoluzione e vi sono rimasti integrati.
- Struttura: Contengono i geni retrovirali essenziali: gag (proteine del capside), pol (trascrittasi inversa e integrasi) ed env (proteine del pericapside o envelope). Sono fiancheggiati in testa e in coda da sequenze ripetute LTR che fungono da promotori per la loro trascrizione.
4. Trasposoni a DNA
Elementi mobili che si spostano tramite trasposizione conservativa (DNA). Rappresentano una quota minima e inattiva del genoma umano.
🔗 Collegamenti
- Classificazione del Genoma Umano — 📋 fa parte di
- Pseudogeni — 🔗 stesso meccanismo / stessa via
- Famiglia delle Globine — 🔬 reperto diagnostico