Белок ORF1p помогает копиям ретротранспозона LINE-1 не потеряться во время деления клетки

Транспозоны — это разновидность мобильных генетических элементов, способных перемещаться и размножаться внутри генома. У человека имеется единственный ретротранспозон, обладающий автономной активностью, — LINE-1 — на долю которого приходится около 17% человеческого генома. LINE-1 кодирует два белка, ORF1p и ORF2p, которые управляют процессом ретротранспозиции. Из них ORF2p обладает активностями эндонуклеазы и обратной транскриптазы, благодаря которым катализирует вставку новой копии LINE-1 в геном хозяина. Роль ORF1p изучена недостаточно, хотя известно, что он также необходим для транспозиции LINE-1. Теперь его функцию описали в Science Advances — авторы статьи в этом журнале показали, что ORF1p связывается с хромосомами во время митоза и позволяет копии ретротранспозона закрепиться на них, чтобы войти в ядро.

Уже известно, что ORF1p способен связываться с РНК, а также склонен к олигомеризации. Методом масс-фотометрии отдельных молекул исследователи проанализировали поведение очищенного человеческого ORF1p в растворе, в том числе в присутствии РНК. Выяснилось, что этот белок образует стабильные тримеры на молекулах РНК. Данные об их распределении и результаты моделирования с помощью AlphaFold3 указывают на то, что каждый тример занимал 30 нуклеотидов, однако для посадки следующего тримера требовался короткий — 15 нт — спейсер.

Затем авторы показали, что ORF1p связывается не только с РНК, но также с одно- и двуцепочечными молекулами ДНК, хотя аффинность связывания в этих случаях снижена. Сродство ORF1p к дцДНК падало в 33 раза после того, как этот белок связывал молекулу РНК. Это говорит о том, что сайт связывания для обеих нуклеиновых кислот общий. Однако режим связывания, как показало моделирование AlphaFold 3, различается — дцДНК за счет большей жесткости не может обернуться вокруг тримера ORF1p, тогда как РНК к этому способна.

В качестве следующей, более реалистичной модели авторы выбрали связывание ORF1p с фрагментом РНК LINE-1 длиной 2 тысячи нуклеотидов. При таком взаимодействии образовывались рибонуклеопротеиновые конденсаты. При избытке ORF1p, когда фрагмент РНК был насыщен его тримерами, эти конденсаты связывали также ДНК, причем были нацелены на АТ-богатые участки.

Опыты с мутантными вариантами ORF1p показали, что ключевую роль в привлечении РНК-белковых конденсатов к ДНК играет его N-концевая часть.

Затем ученые задались вопросом, происходит ли связывание ORF1p с ДНК в клетках и имеет ли оно отношение к ретротранспозиции LINE-1. Они экспрессировали LINE-1 в составе индуцибельного конструкта, который позволяет визуализировать ORF1p в живых клетках при помощи флуоресцентной метки.

Примерно через шесть часов после индукции экспрессии LINE-1 в клетках формировались скопления ORF1p. Они были локализованы в основном в цитоплазме, но иногда обнаруживались в ядре. При этом цитоплазматический ORF1p часто колокализовался с РНК LINE-1, пока ядерная оболочка была целой. Однако во время деления клетки в прометафазе ядерная оболочка разрушается. Выяснилось, что с этого момента ORFp1 начинает также колокализоваться с хроматином, причем эта колокализация усиливается во время метафазы и анафазы и сохраняется в фазе G1 следующего клеточного цикла.

Исходя из полученных результатов, авторы работы заключают, что кодируемый ретротранспозоном LINE-1 белок ORF1p необходим для связывания РНК самого транспозона и переноса ее в дочерние ядра во время деления клетки. Это позволяет новым копиям ретротранспозона не «потеряться» в ходе митоза и успешно интегрироваться в хозяйский геном.

Мобильные элементы LINE1 не дают эмбриональным стволовым клеткам дедифференцироваться