酵母Ty1和Ty3轉(zhuǎn)座調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展

劉秀麗， 湯定欽， 周明兵, 2*

(1. 浙江農(nóng)林大學(xué) 亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311300; 2. 浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省竹資源與高效利用協(xié)同創(chuàng)新中心，浙江 杭州 311300)

反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子是逆轉(zhuǎn)錄病毒進(jìn)化的祖先[1]。反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子在RNA介導(dǎo)下，通過(guò)“復(fù)制粘貼”的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)座，它們廣泛存在于真核生物界，在許多真核生物基因組中占很大一部分[2]。反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子在宿主基因組的重組和進(jìn)化中發(fā)揮著有益的作用，但也會(huì)導(dǎo)致基因突變和插入失活，從而產(chǎn)生多種遺傳病[3]。依據(jù)蛋白酶結(jié)構(gòu)域排列的順序不同, LTR反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子分為T(mén)y1-copia和Ty3-gypsy兩個(gè)超家族。在釀酒酵母基因組中發(fā)現(xiàn)有5種酵母長(zhǎng)末端重復(fù)轉(zhuǎn)座子(Transpon yeast,Ty)，分別命名為T(mén)y1-5[2]，其中Ty1[4]在Ty1/Copia家族中酵母基因組內(nèi)含量最豐富，然而Ty3/Gypsy家族僅有Ty3一類(lèi)轉(zhuǎn)座子，Ty3[5]在編碼的蛋白序列上與反轉(zhuǎn)錄病毒接近。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)酵母Ty1與Ty3分子機(jī)制進(jìn)行廣泛而深入的研究，本文對(duì)Ty1和Ty3反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子最新研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)、全面的綜述，系統(tǒng)地歸納了Ty1和Ty3的結(jié)構(gòu)和表達(dá)特性、LTR轉(zhuǎn)座子復(fù)制周期、Ty1和Ty3與宿主共生的精細(xì)調(diào)控機(jī)制以及影響逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座的宿主因子，為深入研究酵母Ty1和Ty3轉(zhuǎn)座和調(diào)控機(jī)制做一定的鋪墊作用。

1 酵母Ty1和Ty3結(jié)構(gòu)特征和轉(zhuǎn)座機(jī)制

Ty1和Ty3具有許多相似的結(jié)構(gòu)和功能特征[4-5]。完整的Ty1有5.9 kb，Ty3有5.4 kb。在Ty1和Ty3LTR末端都具有二核苷酸反向重復(fù)序列5′-TG …… CA-3′，并且都由3個(gè)結(jié)構(gòu)域U3、R和U5組成。反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子兩端的LTRs不編碼蛋白質(zhì)，但包含轉(zhuǎn)錄的起始信號(hào)和終止信號(hào)。中間部分是編碼兩個(gè)部分重疊開(kāi)放閱讀框(Open Reading Frame, ORF)的功能序列：特異抗原蛋白(groupspecificantigen,gag)基因和聚合酶(polymerase,pol)基因。gagORF編碼具有衣殼和核酸分子伴侶功能的蛋白，而polORF編碼具有催化功能的蛋白酶(Protease, PR)，逆轉(zhuǎn)錄酶RNase H(Reverse transcriptase RNase H, RT-RH)和整合酶(Integrase, IN)。

Ty1與Ty3元件的結(jié)構(gòu)與簡(jiǎn)單的逆轉(zhuǎn)錄病毒相比，除了Ty1與Ty3中不存在逆轉(zhuǎn)錄病毒包膜基因，它們都含有5′端和3′端LTRs、gag基因和pol基因(圖1A)。Ty1與Ty3元件在結(jié)構(gòu)上gag和pol基因編碼的蛋白結(jié)構(gòu)序列不同，Ty1中pol編碼的蛋白酶順序?yàn)镻R-IN-RT[4]，而編碼Ty3POL中的的PR-RT-IN蛋白序列以及GAG中的CApsid (CA)，SPacer (SP)和NucleoCapsid (NC)蛋白結(jié)構(gòu)域[5](圖1B)都與逆轉(zhuǎn)錄病毒較相似。

在RNA聚合酶II(RNA polymerase II, Pol II)的催化作用下，Ty1和Ty3元件轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生原始mRNA，該轉(zhuǎn)錄本在5′端加帽(CAP)和3′端加poly(A)結(jié)構(gòu)，形成成熟的Ty1和Ty3mRNA后，從細(xì)胞核輸出到細(xì)胞質(zhì)中[6]。Ty1和Ty3mRNA的轉(zhuǎn)錄本都是從5′LTR R區(qū)端上游開(kāi)始，終止于5′LTR R區(qū)端的下游，長(zhǎng)度分別為5.7 kb和5.2 kb。它們的轉(zhuǎn)錄本中間都具有編碼兩個(gè)部分重疊的GAG和POL序列，5′和3′LTR含非編碼區(qū)(Untranslated regions, UTR)，5′UTR具有R和U5，3′UTR具有 U3和R，多個(gè)引物結(jié)合位點(diǎn)(Primer Binding Site, PBS)和一個(gè)多嘌呤序列(Polypurine tract,PPT)[6-8](圖1B)。當(dāng)成熟的mRNA被輸出到細(xì)胞質(zhì)后，既可以作為反轉(zhuǎn)錄所需的模板，又作為翻譯成GAG和GAG-POL蛋白的模板。作為反轉(zhuǎn)錄模板的gRNA(genomic RNA)被包裹在GAG結(jié)構(gòu)蛋白里面，形成病毒樣顆粒(Virus Like Particles, VLPs)。Ty RNA的翻譯產(chǎn)生GAG和GAG-POL兩種蛋白(圖1C)，后者是從gag到polORF程序性移碼翻譯的產(chǎn)物，GAG-POL蛋白水平約為GAG的5%[9]。

圖1 Ty1和Ty3結(jié)構(gòu)和復(fù)制周期圖Fig.1 Structure and replication cycle of the Ty1 and Ty3 A：Ty1、 Ty3和禽白血病病毒(ALV)結(jié)構(gòu)圖(修改自參考文獻(xiàn)[2])；B：Ty1和 Ty3元件、RNA和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)(修改自參考文獻(xiàn)[6])；C：復(fù)制周期圖(修改自參考文獻(xiàn)[7]) A： Structure of the Ty1 and Ty3 element and the simple retrovirus, avian leukemia virus (ALV) (Adapted from the reference[2])；B： Structure of the Ty1 and Ty3 elements, their RNAs, and their proteins (Adapted from the reference[6])；C： Ty1 replication cycle (Adapted from the reference[7])

逆轉(zhuǎn)錄病毒顆粒通常聚集在稱(chēng)為核衣殼裝配位點(diǎn)或“病毒工廠”的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)域中。Ty1和Ty3VLP組裝的位點(diǎn)類(lèi)似于逆轉(zhuǎn)錄病毒中的細(xì)胞質(zhì)灶，稱(chēng)為T(mén)體或后體[10](圖1C)。gRNA與Gag或Gag-Pol蛋白的組合促進(jìn)了Ty1和Ty3VLP的組裝在Ty1和Ty3VLP內(nèi)，蛋白酶PR在GAG-POL蛋白中自我催化切割后，并催化GAG和GAG-POL蛋白序列切割，以產(chǎn)生成熟的蛋白GAG、PR、IN和RT/RH。在裝配過(guò)程中tRNAmet也被包裝在VLP內(nèi)。隨后以tRNA起始蛋氨酸(tRNAmet)作為引物與Ty1和Ty3mRNA中PBS引物序列互補(bǔ)，Ty1PBS位于Gag ORF中，而Ty3PBS位于基因組的3′端U3區(qū)(圖1B)，gRNA作為反轉(zhuǎn)錄的模板逆轉(zhuǎn)錄為負(fù)鏈DNA。在正鏈DNA合成后，得到完整的Ty1和Ty3cDNA，它們與整合酶(IN)互作形成蛋白預(yù)整合復(fù)合物(preintegration complex, PIC)后，被輸入到核中[11]。隨后在IN與宿主因子協(xié)助下，cDNA靶向整合到宿主基因組的特定區(qū)域。一些促進(jìn)RNA POLⅢ活性的宿主因子協(xié)助調(diào)控Ty1和Ty3靶向到由RNA POLⅢ轉(zhuǎn)錄的基因(tRNA基因)上游區(qū)域[12-14]。Qi等[12]發(fā)現(xiàn)Ty3IN與TFIIIC和TFIIIB之間的相互作用促進(jìn)Ty3靶向整合到tRNA基因上游區(qū)域，而Cheung等[13]研究表明轉(zhuǎn)錄起始因子TFIIIC和TFIIIB對(duì)于協(xié)助Ty1IN靶向tRNA基因上游區(qū)域是不必要的。

2 酵母Ty1和Ty3轉(zhuǎn)座調(diào)控機(jī)制研究

綜上所述，Ty1和Ty3的轉(zhuǎn)座包括轉(zhuǎn)錄、翻譯、mRNA包裝、蛋白組裝與VLP形成、逆轉(zhuǎn)錄、核輸入、整合宿主基因組等過(guò)程，這些過(guò)程均受到宿主因子精細(xì)的調(diào)控。宿主因子大致可由促進(jìn)(Host activators (RHF genes))或拮抗(Host restrictors(RTT genes))逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座的兩類(lèi)基因編碼。

2.1 Ty1 和Ty3 的表達(dá)調(diào)節(jié)

在Ty1和Ty3轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，Ty1和Ty3轉(zhuǎn)錄起始于5′LTR R區(qū)的第一個(gè)核苷酸，并在3′ LTR R區(qū)域的最后一個(gè)核苷酸處結(jié)束，經(jīng)加帽和聚腺苷酸化修飾產(chǎn)生成熟mRNA，宿主的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控著Ty1和Ty3轉(zhuǎn)錄，通過(guò)調(diào)節(jié)啟動(dòng)子區(qū)順式作用序列，促進(jìn)或抑制其轉(zhuǎn)錄。Ty1元件5′LTR區(qū)的兩個(gè)起始序列TATA box，3′LTR區(qū)的兩個(gè)終止序列以及上游區(qū)的多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子作用位點(diǎn)，其中包括Ty1和Ty3都受細(xì)胞類(lèi)型調(diào)控響應(yīng)的a/α2阻遏位[15]和Ste12/Tec1[16]激活位點(diǎn)。

另外，不同于Ty3，Ty1除了利用宿主因子還通過(guò)內(nèi)部機(jī)制限制轉(zhuǎn)座。Ty1可以轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生5.7 kbTy1mRNA和5.0 kb截短的Ty1RNA(Ty1internal RNA,Ty1iRNA)[7])。在S288C釀酒酵母菌株中，Ty1元件的反義方向可以轉(zhuǎn)錄出三種反義非編碼干擾RNA(AntisenseTy1RNA,Ty1AS RNA)(圖2)。這些干擾RNA的轉(zhuǎn)錄起始在Gag中有不同的位點(diǎn)，在5′LTR中有兩個(gè)終止位點(diǎn)，Pol II轉(zhuǎn)錄后的Ty1AS RNA進(jìn)行加帽和聚腺苷酸化修飾后成熟。Ty1AS RNA是一個(gè)不穩(wěn)定的小干擾RNA[17]。研究發(fā)現(xiàn)把Dicer 和 Argonaute蛋白導(dǎo)入缺乏干擾RNA的酵母后，會(huì)強(qiáng)烈抑制Ty1正義鏈RNA的表達(dá)和逆轉(zhuǎn)錄[31]，表明可能是由于Ty1AS RNA和Ty1RNA形成雙鏈RNA后被降解，導(dǎo)致用于轉(zhuǎn)座的Ty1mRNA水平的降低。

圖2 Ty1 干擾RNA和Ty1 mRNA (修改自參考文獻(xiàn)[8])Fig.2 Sense and antisense RNAs transcribed from Ty1 and Ty1 transcription (Adapted from the reference[8])

2.2 Ty1 和Ty3 mRNA的包裝調(diào)節(jié)

Gag既是Ty1和Ty3VLP的殼蛋白結(jié)構(gòu)成分，也具有核酸伴侶功能(圖1B)。研究發(fā)現(xiàn)，翻譯后的Gag經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)修飾后移位至反轉(zhuǎn)體處進(jìn)行g(shù)RNA的包裝[18]，研究表明gRNA包裝在Ty1Gag[19]的C端以及Ty3Gag3[20]的NC結(jié)構(gòu)域，NC結(jié)構(gòu)域中存在保守的鋅指關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)域(CX2CX4HX4C)，其周?chē)谋Ｊ貧埢械膲A基參與gRNA的包裝和逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座。Ty1-H3正鏈mRNA的5′端的380 bp和3′端370 bp是逆轉(zhuǎn)錄所必須的順式作用序列[21]。利用相同的方法，鑒定了Ty3mRNA的順式作用序列也位于5′和3′末端，而中間翻譯蛋白的mRNA序列對(duì)于Ty3逆轉(zhuǎn)錄不是必需的[22]。然而Ty1AS RNA與Ty1RNA一樣，具有與GAG包裝所需要的順式作用序列，所以Ty1AS RNA會(huì)影響逆轉(zhuǎn)錄的正常包裝。

研究發(fā)現(xiàn)Ty1gRNA以二級(jí)結(jié)構(gòu)的形式包裝在VLP內(nèi)，使用引物延伸數(shù)據(jù)分析(SHAPE)構(gòu)建了Ty1gRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)模型[23](圖3)。Ty1mRNA的5′末端不僅含有翻譯的起始序列和包裝所需要的順式作用序列，還含有逆轉(zhuǎn)錄所需要的PBS序列。最新研究表明，13～32和272～318 bp兩個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)中的7 bp互補(bǔ)序列促進(jìn)了Ty1gRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成和包裝[24]。

圖3 Ty1 RNA 5′末端的二級(jí)結(jié)構(gòu)模型(引用自參考文獻(xiàn)[23])Fig.3 Secondary structure model of the 5′ end of Ty1 RNA (Quoted from the reference[23])

2.3 Ty1 和Ty3蛋白組裝與VLP形成調(diào)節(jié)

TyVLPs是由Gag和Gag-Pol蛋白組成的多孔球狀蛋白質(zhì)的外殼，VLP內(nèi)含有的Gag蛋白、pol基因編碼的PR、 IN和RT/RH、 gRNA,宿主的tRNAmet和gRNA逆轉(zhuǎn)錄成cDNA所必需的脫氧核苷酸三磷酸物質(zhì)。同時(shí)在VLP內(nèi)，Ty1和Ty3都需要mRNA加工體(P-body, PB)蛋白才能有效完成組裝和逆轉(zhuǎn)錄。真核細(xì)胞PB蛋白因子是細(xì)胞質(zhì)核糖核蛋白顆粒，主要包括5′-3′核糖核酸外切酶Xrn1(Kem1)，翻譯抑制因子Lsm1、去活激活因子Pat1，死亡盒螺旋酶Dhh1/DDX6和Ded1/DDX3[25-27]。研究發(fā)現(xiàn)Ty1Gag和Xrn1、Lsm1或Pat1蛋白因子之間或Ty1RNA和Lsm1也沒(méi)有直接相互作用。Xrn1蛋白因子協(xié)助VLPs中的Ty1RNA包裝。在xrn1Δ、lsm1Δ和pat1Δ突變體中，Ty1AS RNA水平升高抑制了逆轉(zhuǎn)錄酶的形成和逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程[26]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Dh1/DDX6是維持Ty3RNA正常水平所必需的，且Lsm1和Xrn1是將Ty3RNA結(jié)合到IN中形成PIC的必需因子[27]。總之，PB成分在Ty1和Ty3翻譯后過(guò)程中促進(jìn)了gRNA包裝、VLPs的形成和反轉(zhuǎn)錄。

另外，許多調(diào)控機(jī)制通過(guò)抑制反轉(zhuǎn)錄過(guò)程，來(lái)降低Ty1轉(zhuǎn)座子對(duì)宿主基因組的影響。Garfinke等[7]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基因組中存在較多的Ty1RNA元件時(shí)，轉(zhuǎn)座會(huì)受到抑制的現(xiàn)象稱(chēng)之為T(mén)y1拷貝數(shù)控制機(jī)制(copy number control, CNC)[28-30]。Nishida等[28]發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)因子復(fù)合物調(diào)控Ty1轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生Ty1mRNA和截短形式的Ty1iRNA(圖2)，一方面Ty1iRNA作為逆轉(zhuǎn)錄的模板，會(huì)阻礙Ty1gRNA反轉(zhuǎn)錄以及cDNA的合成(圖4)。另一方面蛋白質(zhì)因子(P18和p22)參與調(diào)節(jié)CNC。由內(nèi)部啟動(dòng)Ty1iRNA(圖2)編碼N端截短形式的GAG蛋白(P18和p22)，P18和p22是由GAG中兩個(gè)相近的翻譯起始位點(diǎn)和相同的終止位點(diǎn)表達(dá)的，并且都有與GAG相同的核酸伴侶活性，它們會(huì)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合在Ty1RNA包裝位點(diǎn)，從而產(chǎn)生有缺陷的VLPs[42]。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)核糖體發(fā)生因子LOC1也影響調(diào)控CNC，在loc1突變株中，Ty1iRNA的轉(zhuǎn)錄量升高，翻譯產(chǎn)生的p22的水平也升高[8]，阻礙了Ty1gRNA反轉(zhuǎn)錄以及cDNA的合成。

圖4 p22 和 AS RNA抑制Ty1 VLPFig.4 Ty1 VLP functions inhibited by p22 and AS RNA

2.4 Ty1和Ty3逆轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)

與逆轉(zhuǎn)錄病毒相似，Ty1和Ty3前體Gag和Gag-Pol蛋白通過(guò)Gag-Gag相互作用，形成未成熟的VLP，由Ty PR處理后形成成熟的VLP，才可以進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄。在野生型酵母細(xì)胞內(nèi)，Ty表達(dá)成熟的VLP是非均質(zhì)，而Ty PR缺陷的突變體表達(dá)出相對(duì)均勻且大致為球形的未成熟VLP[10]。

tRNAmet作為啟動(dòng)逆轉(zhuǎn)錄的引物，被包裝到Ty1和Ty3VLP內(nèi)[6]。3′末端tRNAmet與Ty1和Ty3PBS 有10 bp的互補(bǔ)序列，同時(shí)Ty1和Ty3在gRNA末端序列的相互作用下才能啟動(dòng)反轉(zhuǎn)錄，如Ty15′RNA CYC5和3′CYC3相互作用，位于PBS下游 CYC5序列也與tRNAmet DHU臂互補(bǔ)(圖3)。tRNAmet TΨC和DHU臂與Ty1RNA序列的互補(bǔ)不僅可以啟動(dòng)反轉(zhuǎn)錄，也可以促進(jìn)包裝[23]。然而Ty1AS RNA可在反轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，阻斷PR切割POL前體蛋白，破壞IN和RT的穩(wěn)定或阻止tRNAmet退火等[31](圖4)。

在逆轉(zhuǎn)錄酶的結(jié)構(gòu)與功能鑒定中發(fā)現(xiàn)，與逆轉(zhuǎn)錄病毒RT類(lèi)似，Ty1和Ty3RT末端結(jié)構(gòu)域具有RNA或DNA依賴(lài)性DNA聚合酶活性，而且末端RNaseH結(jié)構(gòu)域還具有降解RNA∶DNA雙鏈體中RNA鏈羧基的功能。這種雙重活性使得單鏈Ty RNA逆轉(zhuǎn)錄成全長(zhǎng)的雙鏈Ty cDNA。Jason等[30]發(fā)現(xiàn)Ty3RT同源二聚體中亞基的不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)激活了RNaseH酶的活性。

2.5 Ty1和Ty3 核輸入轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)

Ty1和Ty3IN與逆轉(zhuǎn)錄病毒整合酶具有相同的三級(jí)結(jié)構(gòu)域。N端結(jié)構(gòu)域含有保守的鋅結(jié)合基序，中心區(qū)域保守的催化結(jié)構(gòu)域DDE基序切割并協(xié)助cDNA整合。Ty1和Ty3IN C端結(jié)構(gòu)域都有一個(gè)由兩個(gè)相同的基序(KKR)組成的二分核定位信號(hào)(nuclear localization signal, NLS)，NLS可被輸入蛋白α受體識(shí)別。并且IN NLS協(xié)助TycDNA的核輸入和整合定位[32]，可能還參與PIC調(diào)控cDNA的核進(jìn)入路徑。

成熟的Ty VLP在細(xì)胞質(zhì)中聚集，為完成核內(nèi)整合過(guò)程必須進(jìn)行核輸入過(guò)程。核孔復(fù)合物(nuclear pore complexs, NPCs)是核孔多分子的通道復(fù)合物，它調(diào)控基因組Ty1轉(zhuǎn)錄、核輸入和轉(zhuǎn)座整合的動(dòng)態(tài)調(diào)控過(guò)程[14,34]。因?yàn)門(mén)y VLPs[33]超過(guò)了穿越孔隙通道所容納的最大直徑，在VLPs脫殼后，cDNA才能入核。核孔復(fù)合物NPC的重復(fù)結(jié)構(gòu)域Phe-Gly(FG)參與Ty3核運(yùn)輸過(guò)程，體外研究發(fā)現(xiàn)在Ty3核運(yùn)輸時(shí)，Ty3VLPs外殼SP結(jié)構(gòu)域與核重復(fù)結(jié)構(gòu)域FG互作，核衣殼結(jié)構(gòu)域和整合酶NLS促進(jìn)了VLPs的脫殼過(guò)程[33]。

2.6 Ty1和Ty3 靶向整合機(jī)制過(guò)程調(diào)節(jié)

Ty1和Ty3cDNA入核后，在體內(nèi)多種細(xì)胞輔助因子協(xié)助下整合到宿主染色體上。大多數(shù)轉(zhuǎn)座事件由IN協(xié)助Ty cDNA進(jìn)行整合。體外研究發(fā)現(xiàn)，與逆轉(zhuǎn)錄病毒IN類(lèi)似，Ty1IN二聚化后與cDNA組裝成四聚體以形成PIC[35]。另外，IN催化活性決定了Ty插入位點(diǎn)5 bp靶位點(diǎn)重復(fù)(Target site duplication, TSD)和靶向位點(diǎn)偏好性。Ty1和Ty3末端都具有保守的末端顛倒重復(fù)序列(Terminal Inverted Repeat, TIR)，Ty1cDNA TIR二核苷酸5′-TG ... CA-3′與Ty3cDNA 8 bp保守的TIR(5′-TGTTGTAT / ATACAACA-3′)對(duì)于Ty3整合識(shí)別都是必要的。在整合過(guò)程中，基因組靶序列經(jīng)Ty IN催化后兩端暴露了3′OH和核苷酸間隙，每條cDNA鏈TIR與5 bp的基因組靶序列3′OH部分進(jìn)行自由基交換，這種鏈轉(zhuǎn)移的酯交換反應(yīng)[36]導(dǎo)致在每間隙的修復(fù)產(chǎn)生了一個(gè)5 bp的TSD，這是Ty1整合的標(biāo)志。Ty1IN不能修復(fù)缺口，由Ty1RT或細(xì)胞內(nèi)DNA修復(fù)蛋白修復(fù)。

經(jīng)過(guò)比較逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子和逆轉(zhuǎn)錄病毒整合到特定基因偏好性，發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子整合通過(guò)避開(kāi)ORF或者偏愛(ài)靶向整合到異染色質(zhì)來(lái)避免宿主功能基因被破壞，而逆轉(zhuǎn)錄病毒偏愛(ài)整合到基因表達(dá)閱讀框從而破壞宿主基因組穩(wěn)定性。最近采用深度測(cè)序方法鑒定了Ty1和Ty3都具有偏愛(ài)整合到由Pol III轉(zhuǎn)錄的tRNA基因[12-14]上游區(qū)。Ty3插入tRNA基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游的1至4 bp[26]，而Ty1偏愛(ài)整合到tRNA基因轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)上游700 bp區(qū)域。最新Manhas[13]研究發(fā)現(xiàn)RNA Pol III亞基Rpc31, Rpc34和Rpc53直接與Ty1IN相互作用，且Rpc53/37亞基復(fù)合物在促進(jìn)Ty1元件整合到tDNA上游具有重要的作用。研究也發(fā)現(xiàn)核孔蛋白NPC核籃參與調(diào)控Ty1表達(dá)及對(duì)核小體的靶向作用，NPC核籃組分的缺失會(huì)使Ty1元件整合在染色體末端[14]。

總之，宿主對(duì)Ty1和Ty3轉(zhuǎn)座過(guò)程的調(diào)控機(jī)制是生物學(xué)中重要的研究發(fā)現(xiàn)。過(guò)去20年間，不同于逆轉(zhuǎn)錄病毒的傳染性，酵母Ty1和Ty3作為良性載體都是廣泛用于研究逆轉(zhuǎn)錄的最佳模型，在逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子中鑒定了數(shù)百個(gè)宿主因子[37-41]，匯總了最新研究鑒定的宿主因子(見(jiàn)表1)，這些因子促進(jìn)或抑制酵母逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)移的速率。

表1 Ty1或Ty3 共宿主因子鑒定

3 展 望

自1985年反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子特別是酵母反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子Ty元件一直處于研究的前沿，本文系統(tǒng)詳細(xì)的闡述了LTR反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座的機(jī)制以及宿主對(duì)酵母Ty1和Ty3轉(zhuǎn)座子精細(xì)調(diào)控機(jī)制方面的最新研究進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)酵母Ty1和Ty3轉(zhuǎn)座過(guò)程都類(lèi)似于逆轉(zhuǎn)錄病毒，Ty3在結(jié)構(gòu)特征上更接近于逆轉(zhuǎn)錄病毒，而酵母Ty1在翻譯、包裝及逆轉(zhuǎn)錄等調(diào)控過(guò)程與Ty3不同，干擾小RNA和蛋白因子(p18和p22)參與調(diào)控Ty1轉(zhuǎn)座過(guò)程。

轉(zhuǎn)座過(guò)程中的轉(zhuǎn)錄受到外界脅迫環(huán)境的調(diào)控，最新研究側(cè)重于衰老與轉(zhuǎn)座的相關(guān)關(guān)系[40]，可進(jìn)一步探索翻譯過(guò)程結(jié)構(gòu)蛋白GAG與融合蛋白GAG-POL的表達(dá)相關(guān)控制機(jī)制、反轉(zhuǎn)錄模板gRNA與翻譯模板mRNA的功能如何區(qū)分應(yīng)用、GAG翻譯后如何定位到gRNA而進(jìn)行的包裝過(guò)程、鑒定更多核糖體因子與PB蛋白因子及其調(diào)控機(jī)制、衰老與轉(zhuǎn)座插入相關(guān)機(jī)制以及更多核孔復(fù)合物與相關(guān)蛋白因子如何調(diào)控Ty1和Ty3在轉(zhuǎn)錄、核輸入及轉(zhuǎn)座的研究。

Ty1與Ty3轉(zhuǎn)座子作為良性載體，可用于探索與反轉(zhuǎn)錄病毒相關(guān)的宿主因子，更多關(guān)鍵共宿主因子的發(fā)現(xiàn)，有助于掌控Ty1與Ty3轉(zhuǎn)座子在宿主機(jī)體內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制及可能與逆轉(zhuǎn)錄病毒，最近研究發(fā)現(xiàn)酵母中Tya融合蛋白技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了代謝產(chǎn)物的合成效率[42]，表明了這一方法可能有助于提高酵母代謝工程中多酶復(fù)合物的產(chǎn)生，同時(shí)酵母作為模式細(xì)胞生物已普遍適用于研究動(dòng)植物基因的表達(dá)與功能驗(yàn)證，本課題組利用酵母LTR輔助體系[4]已經(jīng)研究了異源雙轉(zhuǎn)化的活性轉(zhuǎn)座子在酵母中的轉(zhuǎn)座調(diào)節(jié)機(jī)制[43-44]。本文系統(tǒng)地介紹了Ty1與Ty3轉(zhuǎn)座和調(diào)節(jié)機(jī)制，為后續(xù)進(jìn)一步研究LTR轉(zhuǎn)座子提供必要的參考。