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hope 2018-06-04

基本概念

逆转录 (Reverse Transcription):在逆转录酶 (Reverse Transcriptase) 的催化下以RNA为模板合成DNA的过程;逆转录过程是RNA病毒的复制形式之一,但并不是只有病毒才有逆转录酶,存在逆转录过程;有一种逆转录过程是真核生物必须的,这种逆转录过程发生在端粒的延长机制中。端粒酶以端粒酶RNA的一个片段为模板,合成端粒DNA重复片段,以延长端粒。这个过程发生在有分裂能力的真核细胞的DNA末端,不需要整合酶参与。逆转录病毒会利用逆转录和整合机制入侵宿主细胞,修改宿主的原始基因组DNA信息,但有的宿主细胞也会利用这些机制防御病毒,如基因编辑工具CRISPR/CAS,就是源于细胞的获得性免疫机制。

逆转录过程

注:图片来自 Reverse transcriptase;

术语解释

  • U3:An U3 region of 200-1.200 nt in size that contains the zone of promoters.

  • R:A repeated region (R).

  • U5:An U5 region of 75-250 nt in size, which constitutes the first portion of the retrotranscribed genome.

  • PBS:A sequence of 18 nt in size called Primer Binding Site (PBS) is usually observed downstream to 5'LTR, the PBS is complementary to a specific zone of the 3' end of a cellular tRNA used as primer by Reverse Transcriptase to synthesize a DNA (-) chain complementary to the R-U5 zone of 5'LTR.

  • PPT:Another small region of ~10 A/G called "Polypurine Tract" (PPT) is also observed upstream to 3'LTR, the PPT is responsible for the beginning of the proviral DNA strand (+) synthesis (see formative process of LTRs ).

  • 逆转录酶 (reverse transcriptase, RT):以DNA或RNA为模版的DNA聚合酶;

  • ribonuclease H (RNase H):核糖核酸酶H,是一种核糖核酸内切酶,可以特异性地水解DNA-RNA杂合链中的RNA,常用于cDNA第二链的合成。RNase H不能水解单链或双链DNA或RNA中的磷酸二酯键,即不能消化单链或双链DNA或RNA。

逆转录过程描述

  1. 细胞内的tRNA与病毒基因组RNA的PBS区结合;

  2. 病毒RNA 5' 端的U5区和R区互补形成cDNA;

  3. RNAse H 降解掉病毒RNA 5' 端的U5和R区;

  4. tRNA引物携带上一步合成的R和U5区 “跳跃” 到病毒RNA的 3' 端并在R区域互补配对;

  5. 单链cDNA延伸,大部分的RNA病毒在 RNAse H 酶的作用下降解;

  6. 第一条链合成之后,第二条互补链开始合成;

  7. tRNA 的引物部分再次 “跳跃”与合成的第一条链的PBS区域互补配对;

  8. 第一条链和第二条链进一步延伸,合成互补的dsDNA,最后在整合酶 (integrase) 的作用下整合进入宿主基因组。

【详细过程描述可参阅:Overview of Reverse Transcription;点击最下角阅读原文即可查阅】

生物信息中的逆转录

在基因组测序中,基因组装完成后通常会进行重复序列的分析,Long Terminal Repeats (LTRs) 和 Terminal Inverted Repeats (TIRs)是基因组中两类不同的重复类型,LTRs主要存在与class I 型的反转录转座子中,TIRs存在于classII 型的DNA-based 转座子中。而逆转录过程中形成的U3/R/U5区域正好是一类常见的LTRs,大多数重复序列预测分析软件也是基于这一区域的序列特征实现的。

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