elemento de aluminio

Un elemento Alu es un segmento corto de ADN caracterizado originalmente por la acción de la endonucleasa de restricción Arthrobacter luteus (Alu) . ^{[ 1 ]} Los elementos Alu son los elementos transponibles más abundantes en el genoma humano , presentes en más de un millón de copias. ^{[ 2 ]} Se cree que la mayoría de los elementos Alu son ADN egoísta o parasitario. Sin embargo, se ha sugerido que al menos algunos probablemente desempeñen un papel en la evolución y se han utilizado como marcadores genéticos . ^{[ 3 ] [ 4 ]} Se derivan del pequeño ARN citoplasmático 7SL , un componente de la partícula de reconocimiento de señal . Los elementos Alu no están altamente conservados dentro de los genomas de primates , ya que solo una minoría ha conservado su actividad y se originó en el genoma de un ancestro de los supraprimates . ^{[ 5 ]}

Las inserciones de Alu se han relacionado con varias enfermedades humanas hereditarias y con diversas formas de cáncer.

El estudio de los elementos Alu también ha sido importante para dilucidar la genética de las poblaciones humanas y la evolución de los primates , incluida la evolución de los humanos .

La familia Alu es una familia de elementos repetitivos en los genomas de primates , incluido el genoma humano . ^{[ 6 ]} Los elementos Alu modernos tienen aproximadamente 300 pares de bases de longitud y, por lo tanto, se clasifican como elementos nucleares intercalados cortos (SINE) dentro de la clase de elementos de ARN repetitivos. La estructura típica es 5' - Parte A - A5TACA6 - Parte B - Cola de poliA - 3', donde la Parte A y la Parte B (también conocidas como "brazo izquierdo" y "brazo derecho") son secuencias de nucleótidos similares. Dicho de otra manera, se cree que los elementos Alu modernos surgieron de una fusión cabeza con cola de dos FAM (monómeros fósiles antiguos) distintos hace más de 100 millones de años, de ahí su estructura dimérica de dos monómeros similares, pero distintos (brazos izquierdo y derecho) unidos por un enlace rico en A. Se cree que ambos monómeros evolucionaron a partir de 7SL, también conocido como ARN SRP . ^{[ 7 ]} La longitud de la cola de poliA varía entre las familias Alu .

Hay más de un millón de elementos Alu intercalados en todo el genoma humano, y se estima que alrededor del 10,7 % del genoma humano está compuesto por secuencias Alu . Sin embargo, menos del 0,5 % son polimórficos (es decir, se presentan en más de una forma o morfo). ^{[ 8 ]} En 1988, Jerzy Jurka y Temple Smith descubrieron que los elementos Alu se dividían en dos subfamilias principales conocidas como AluJ (nombrada en honor a Jurka) y AluS (nombrada en honor a Smith), y otras subfamilias de Alu también fueron descubiertas independientemente por varios grupos. ^{[ 9 ]} Posteriormente, una sub-subfamilia de AluS que incluía elementos Alu activos recibió el nombre independiente de AluY. Con una antigüedad de 65 millones de años, el linaje AluJ es el más antiguo y el menos activo del genoma humano. El linaje AluS, más joven, tiene unos 30 millones de años y aún contiene algunos elementos activos. Finalmente, los elementos AluY son los más jóvenes de los tres y tienen la mayor predisposición a moverse a lo largo del genoma humano. ^{[ 10 ]} El descubrimiento de las subfamilias Alu condujo a la hipótesis de los genes maestros/fuente y proporcionó el vínculo definitivo entre los elementos transponibles (elementos activos) y el ADN repetitivo intercalado (copias mutadas de elementos activos). ^{[ 11 ]}

En Alu se encuentran dos "cajas" promotoras principales: una caja A 5' con la secuencia consenso TGGCTCACGCC y una caja B 3' con la secuencia consenso GTTCGAGAC ( notación de ácidos nucleicos IUPAC ). Los ARNt , que son transcritos por la ARN polimerasa III , tienen una estructura promotora similar pero más fuerte. ^{[ 14 ]} Ambas cajas se encuentran en el brazo izquierdo. ^{[ 7 ]}

Los elementos Alu contienen cuatro o menos sitios hexaméricos del elemento de respuesta al ácido retinoico en su promotor interno , y el último se superpone con la "caja B". ^{[ 15 ]} En este ejemplo de ARN 7SL ( SRP ) que se muestra a continuación, los hexámeros funcionales están subrayados con una línea continua, y el tercer hexámero no funcional se indica con una línea punteada:

GCCGGGCGCGGTGGCGCGTGCCTGTAGTCCCAGCTACTCGGG AGGCTG AGGCTGGA GGATCG CTTG AGTCCA GG AGTTCT GGGCT GTAGTGCGCTATGCCGATCGGAATAGCCACTGCACTCCAGCCTGGGCAACATAGCGAGACCCCGTCTC .

La secuencia de reconocimiento de la endonucleasa Alu I es 5' ag/ct 3'; es decir, la enzima corta el segmento de ADN entre los residuos de guanina y citosina (en minúsculas arriba). ^{[ 16 ]}

Algunos elementos Alu son responsables de la regulación de genes específicos de tejido. Otros participan en la transcripción de genes cercanos y, en ocasiones, pueden modificar la forma en que se expresa un gen. ^{[ 17 ]}

Los elementos Alu son retrotransposones y se asemejan a copias de ADN generadas a partir de ARN codificados por la ARN polimerasa III . Los elementos Alu no codifican proteínas. Se replican como cualquier otra secuencia de ADN, pero dependen de los retrotransposones LINE para la generación de nuevos elementos, lo que explica su presencia en grandes cantidades en los genomas de los primates. ^{[ 18 ]}

La replicación y movilización del elemento Alu comienza con interacciones con partículas de reconocimiento de señal (SRP), que ayudan a las proteínas recién traducidas a alcanzar sus destinos finales. ^{[ 19 ]} El ARN Alu forma un complejo ARN:proteína específico con un heterodímero proteico compuesto por SRP9 y SRP14. ^{[ 19 ]} SRP9/14 facilita Alula unión de los ribosomas que capturan las proteínas L1 nacientes . Por lo tanto, un elemento Alu puede tomar el control de la transcriptasa inversa de la proteína L1 , asegurando que el AluLa secuencia de ARN de se copia en el genoma en lugar del ARNm de L1. ^{[ 10 ]}

Los elementos Alu en primates forman un registro fósil relativamente fácil de descifrar porque los eventos de inserción de elementos Alu tienen una firma característica que es fácil de leer y se registra fielmente en el genoma de generación en generación. El estudio de los elementos Alu Y (los de evolución más reciente) revela detalles de la ascendencia porque es muy probable que los individuos solo compartan una inserción particular de un elemento Alu si tienen un ancestro común. Esto se debe a que la inserción de un elemento Alu ocurre solo entre 100 y 200 veces por millón de años, y no se ha encontrado ningún mecanismo conocido para la eliminación dirigida de uno. Por lo tanto, es probable que los individuos con un elemento desciendan de un ancestro con uno, y viceversa para aquellos que no lo tienen. En genética, la presencia o ausencia de un elemento Alu insertado recientemente puede ser una buena propiedad a considerar al estudiar la evolución humana. ^{[ 20 ]} La mayoría de las inserciones de elementos Alu humanos se pueden encontrar en las posiciones correspondientes en los genomas de otros primates, pero alrededor de 7000 inserciones de Alu son exclusivas de los humanos. ^{[ 21 ]}

Se ha propuesto que algunos elementos Alu afectan la expresión génica y se ha descubierto que contienen regiones promotoras funcionales para receptores de hormonas esteroides . ^{[ 15 ] [ 22 ]} Debido al abundante contenido de dinucleótidos CpG que se encuentran en los elementos Alu , estas regiones pueden servir como sitio de metilación , contribuyendo hasta al 30% de los sitios de metilación en el genoma humano. ^{[ 23 ]} Los elementos Alu también son una fuente común de mutaciones en humanos; sin embargo, dichas mutaciones a menudo se limitan a regiones no codificantes del pre-ARNm ( intrones ), donde tienen poco impacto discernible en el portador. ^{[ 24 ]} Las mutaciones en los intrones (o regiones no codificantes del ARN) tienen poco o ningún efecto en el fenotipo de un individuo si la porción codificante del genoma del individuo no contiene mutaciones. Cuando las inserciones de Alu ocurren en regiones codificantes ( exones ), o en el ARNm después del proceso de empalme, suelen ser perjudiciales para el organismo huésped. ^{[ 25 ]}

Sin embargo, la variación generada puede utilizarse en estudios sobre el movimiento y la ascendencia de las poblaciones humanas, ^{[ 26 ]} y el efecto mutagénico de Alu ^{[ 27 ]} y los retrotransposones en general ^{[ 28 ]} ha desempeñado un papel fundamental en la evolución del genoma humano. También existen varios casos en los que las inserciones o deleciones de Alu se asocian con efectos específicos en humanos:

• Secuencias repetitivas Alu en los encabezamientos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• "ADN de NCBI GenBank que codifica ARN 7SL" . Centro Nacional de Información Biotecnológica . 12 de mayo de 2018.