Ci occuperemo del DNA ripetitivo non
codificante: il più abbondante è il DNA a sequenza semplice,
il quale consiste in piccole sequenze (poche decine di basi) ripetute
moltissime volte. Complessivamente questo DNA ripetitivo costituisce il
3% dell'intero genoma. Queste sequenze sono più concentrate in
regioni particolari, come i centromeri o le regioni subtelomeriche e possono
essere utilizzate come marcatori.
Trattiamo ora le sequenze intersperse, queste sono sparse per tutto il
genoma in maniera casuale. Si possono distinguere le SINEs (short interspersed
elements, lunghe 100-300 bp) e le LINEs (long interspersed elements, lunghe
6-8 Kbp), entrambi trasposoni non virali.
La particella SRP è un ribonucleotide implicato nel trasporto cellulare
delle proteine, il gene che codifica per il suo sRNA (RNA 7s) nel corso
dell'evoluzione è stato duplicato moltissime volte all'interno
del nostro genoma. Questa sequenza ripetitiva prende il nome di sequenza
ALU. La maggior parte di queste copie non sono funzionali, molte
sono tronche o piene di mutazioni. Gli eventi di duplicazione sono infatti
spesso imprecisi, essendo sequenze simili favoriscono anche fenomeni di
crossing over. Le ALU rappresentano la stragrande maggioranza delle sequenze
SINEs e sono riscontrabili quasi esclusivamente nei primati, nonostante
il ribosoma 7s sia praticamente presente in ogni forma vivente.
Consideriamo gli elementi L1: questi talvolta possono portare alla formazione
di crossing-over ineguale, causando quindi fenomeni di duplicazione, come
ad esempio è accaduto per la famiglia delle globine. Gli L1 sono importanti
perchè possono generare riarrangiamenti del nostro DNA.
La caratteristica di causare crossing-over ineguali è comune a tutte
le sequenze ripetute, non solo agli elementi L1. Questo tipo di fenomeno è
abbastanza comune da produrre negli elementi ripetuti semplici la formazione
di microsatelliti.
In un elemento LINE completo sono presenti: per ogni estremità una
sequenza Target-site direct repeat, causata da meccanismi di inserzione; una
regione ricca di adenine, dovuta alla coda di poli-A; infine, internamente
ci sono 2 orf (ORF1 e ORF2) separate da un codone di stop. Queste due orf
codificano per proteine (denominate ORF1p e ORF2p) molto grandi, soprattutto
ORF2p.
ORF2p è dotata di un'attività endonucleasica (attività
en) nella regione N-terminale e di un'attività di trascriptasi
inversa (attività rt) in quella C-terminale. La localizzazione
di questa proteina è quasi esclusivamente nucleare. ORF1 codifica
invece per un polipeptide che si lega all'RNA prodotto dalle LINEs formando
un complesso ribonucleoproteico che migra al citoplasma e poi torna al
nucleo.
ORF2p introduce un taglio sfalsato in sequenze ricche di A/T producendo 2
estremità protrudenti ricche in T nel 3' libero. L'RNA prodotto dalle
LINEs è ricco in A, quindi è altamente favorito il suo appaiamento
con le estremità ricche in T create da ORF2p. In questo modo si crea
una situazione ottimale per l'azione di una polimerasi, in questo caso una
retrotrascriptasi.
Per osservare la trasposizione in colture cellulari è sufficiente
inserire nella LINEs una resistenza, ad esempio a G-418.
La copiatura della retrotrascriptasi non è sempre completa, questo
spiega l'enorme numero di LINEs incomplete. Grazie a sistemi di copiatura
e riparazione del DNA la copia di RNA che nella trasposizione delle LINEs
si appaia al al genoma viene ricopiata a DNA. Il bilancio finale di questo
evento è una sequenza LINE in più nel genoma.
La struttura tridimensionale di ORF1p è già nota, è stata
determinata tramite microscopia a forza atomica. Ha una forma a "batacchio",
al microscopio mostra una zona densa e una leggermente meno densa unite da
una fascia sottile, questa consiste in una regione trimerica formata da 3
α-eliche avvolte su sè stesse. Questa proteina ha una differenza
di cariche drammatica tra le sue due estremità : possiede la porzione
C-terminale fortemente basica, in grado di legarsi agli acidi nucleici e la
porzione N-terminale fortemente acida.
ORF1p è una proteina piuttosto lunga, misura circa 32 nm ed ha
uno spessore di 8 nm. Presenta una tasca formata dal trimero in regione
C-terminale (3 teste globulari) nella quale si adagia l'RNA di L1.
ORF1p è un chaperone per il DNA oltre che per l'RNA , quindi
è in grado di aprire il doppio filamento. Nella tasca C-terminale,
ORF1p apre l'elica di DNA e vi fa adagiare l'RNA che sia appaierà con
la propria regione ricca in A con la regione ricca in T del DNA. La regione
ricca in A di ORF1p è dovuta sia al processo di poliadenilazione che
subisce questo messaggero che alla regione ricca in A propria della LINE di
provenienza. Da questo punto in poi il meccanismo procede in maniera analoga
a quello di ORF2p.
Grazie agli elementi ripetitivi è possibile il verificarsi di fenomeni
che vanno sotto il nome di Exon shaffing, i quali sono in una sorta
di doppio crossing over che nel processo evolutivo consiste nel rimescolamento
di esoni. Esso è favorito dalla preseza di introni, ma soprattutto
dalla presenza di SINEs e Alu all'interno degli introni. Un esempio è
fornito dai domini EGF like nelle serin proteasi della coagulazione.