逆转录转座子和逆转录病毒

 

来源公众号：春梅医生眼病解密　作者：李春梅

人类基因组中，超过半数的DNA是由多种可移动遗传因子组成。我们已经了解了DNA构成的插入序列和转座子，这篇文章介绍逆转录转座子（retrotransposons）和逆转录病毒（retrovirus）。

逆转录转座子通过一个RNA中间体进行移动，而且只有真核生物才有逆转录转座子。这个过程需要逆转录酶，一种以RNA为模板的特殊DNA聚合酶。

LINE-1逆转录转座子（L1因子）在人类基因组中大量存在，它利用细胞的RNA聚合酶转录为RNA，然后再通过逆转录酶合成一份DNA拷贝。接着，该DNA拷贝重新整合到基因组的一个新位点。

逆转录转座子通过RNA中间体移动

从图中我们可以看到，逆转录转座子经过DNA→RNA→DNA的过程，插入新的位置。新位置可以在同一DNA分子上，也可以是不同的DNA。

这种转座方式使供体逆转录转座子仍然留在原位置，每一次转座都是在进行自我复制。

病毒（virus）是能离开细胞的可移动遗传因子，由具有保护作用的外壳蛋白和基因组构成。病毒基因组可以是DNA也可以是RNA，可以是单链也可以是双链。

病毒的基因组非常小， 通常只能编码外壳蛋白及少量其他蛋白。所以只能利用细胞的“生化机器”来复制自己。

病毒利用宿主细胞复制自身

图中是一个简单病毒的生活周期，病毒基因为双链DNA，该DNA只编码一种病毒外壳蛋白。

为了复制，病毒必须进入细胞。病毒DNA进入细胞后，复制出多个拷贝，同时通过转录翻译成外壳蛋白。最后子代DNA病毒与外壳蛋白自发结合形成新的病毒颗粒。细胞裂解，病毒释放出来，再去感染其他细胞。

逆转录病毒只在真核细胞中发现，与逆转录转座子有些相似。都有一个关键的特征，以RNA为模板合成DNA。逆转录病毒基因组为单链RNA，负责编码逆转录酶。单链RNA和几个酶分子被包裹在病毒颗粒中。

逆转录病毒结构示意图

逆转录病毒基因组是大约8500个核苷酸组成的RNA，蛋白主要为逆转录酶和整合酶。这些结构被包裹在一个蛋白外壳内，外面由脂质双分子层形成的包膜包裹。

逆转录病毒生活周期

逆转录病毒单链RNA分子进入宿主细胞后，利用自身携带的逆转录酶合成一条互补的DNA链，形成DNA/RNA的杂合双螺旋链。随后，RNA链被去除，逆转录酶以DNA链为模板再合成互补的DNA链，形成DNA双螺旋结构。然后，这个双链DNA利用病毒编码的整合酶整合进宿主DNA的一个随机位点。

进行到这个阶段，病毒还是“潜伏”的，宿主细胞每分裂一次，就会把整合的病毒基因复制一份给子代。

接下来的过程，可能发生在病毒进入宿主细胞很久以后。比如：宿主因为某些原因抵抗力下降，整合病毒DNA利用宿主的RNA聚合酶转录成RNA。

这些RNA分子利用宿主细胞的“生化机器”，翻译产生外壳蛋白、包膜蛋白及逆转录酶等病毒重要成分。与RNA基因一起装配成新的病毒颗粒，最后随宿主细胞崩解而释放出来。

艾滋病毒（HIV）就是一个逆转录病毒，可以在感染细胞的染色体上长期处于潜伏状态。使得用抗病毒药物治疗变得非常困难，所以针对HIV逆转录酶的药物成为主要的艾滋病治疗方法。

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