Elementos transponibles en estudio

Blessa y Martínez (1997) describieron en Drosophila subobscura una familia de elementos transponibles no LTR, llamada bilbo, su nombre fue inspirado en el nombre del personaje principal de la obra literaria “el Hobbit” (Bilbo Bolson) de J.R.R. Tolkien. La secuencia y estructura de bilbo son muy parecidas a otros elementos no LTR, particularmente con los elementos TRIM (Terminal-repeat retrotransposons in miniature) de D. miranda y LOA de D. silvestris. Una de las copias descritas fue bilbo 1 (5530 pb), que fue definido como un elemento defectuoso, ya que presentaba una deleción de dos pares de bases en el ORF2. Esta copia de bilbo se encuentra inserta en un gen denominado genxDs. Bilbo 1 presenta dos marcos de lectura abiertos (ORF1 y ORF2), regiones sin traducir (UTR 5´y 3´), y al igual que otros elementos de Drosophila (R1, LOA, TRIM y I) o de otras especies, no presenta colas poli A (figura 2). Por otra parte bilbo1, también presenta homología con el factor I de D. teissieri (con los dominios EN, RT, y RNase H y motivos zinc-finger).

El elemento bilbo 1 y los elementos TRIM y LOA, posiblemente tienen un ancestro común; las diferencias estructurales que presentan hoy día pueden ser consecuencia de la diferenciación y/ó la especialización de sus mecanismos de transposición. De esta manera, la estructura actual de bilbo posiblemente derive de una compleja estructura ancestral de elementos no LTR que fue perdiendo

diferentes dominios. Aunque su origen exacto se desconoce, los análisis filogenéticos y estructurales de diferentes elementos transponibles apoyan esta idea (Blesa y Martínez, 1997).

Figura 2. Estructura del clon bilbo1.

Las cajas vacías representan los ORFs. Las líneas bajo las cajas hacen referencia a las proteínas posibles de un supuesto elemento activo. Las puntas de flecha en negro indican la posible posición del codón de iniciación. Las cajas verticales en negro indican los motivos zinc-finger (Cys). UTR: regiones sin traducir, ORF: marco de lectura abierto, EN:

endonucleasa, RT: transcriptasa reversa, RH: RNasa H. Fuente: Blesa y Martínez (1997).

Blesa et al. (2001) determinaron la distribución de bilbo en diferentes especies demostrando que está presente en la mayoría de las especies de Drosophila, especialmente del grupo obscura exceptuando a D. bifasciata. La presencia de bilbo en las especies basales de la familia Drosophilidae, y en las demás especies analizadas en ese estudio, indicaron que un ancestro común de la familia bilbo estuvo presente al comienzo de la radiación de Scaptodrosophila, lo que sugiere un origen muy antiguo de este elemento. Los descendientes de esta secuencia ancestral han divergido durante los procesos de especiación y en algunas otras especies, e incluso en algunos subgrupos, se han perdido los elementos de esta familia. Blesa et al. (2001) también demostraron que la transmisión de bilbo se ha hecho de manera vertical en las especies del grupo obscura, en donde ha sido transmitido de padres a hijos desde su aparición.

b. Elemento transponible gypsy

Los retrotransposones de la familia Gypsy están presentes en una amplia variedad especies de diferentes grupos tales como: insectos, invertebrados marinos, levaduras, hongos y plantas. El elemento gypsy es uno de ellos y se ha descubierto en diferentes especies de Drosophila tales como D. melanogaster y D.

subobscuraentre otras. En D. subobscura este elemento es de 7.522 pb de longitud y

contiene dos LTRs idénticas de 613 pb y tres ORFs (figura 3), su estructura es muy parecida al gypsy de D. melanogaster. En ambas especies este elemento se encuentra transcripcionalmente activo pero, a diferencia de esta última, en

D. subobscura no se ha encontrado todavía ninguna copia con un ORF3, codificante para la proteína Env, potencialmente activo (Alberola et al., 1997; Alberola y de Frutos, 1996).

Figura 3. Estructura del elemento gypsy de D. subobscura.

Las cajas vacías de los extremos representan las LTRs: Repeticiones terminales largas; Las cajas grises representan los ORFs, Marco de lectura abierto (1, 2 y 3); PR, Proteasa; RT, transcriptasa inversa; RH, RNasa H; EN, endonucleasa; ENV, proteína de la envoltura.

Fuente: modificado de Alberola et al. (1997).

El elemento gypsy de D. melanogaster ha sido clasificado tradicionalmente como un elemento LTR, no obstante, este pequeño grupo de retrotransposones de insectos, se diferencia de otros porque contiene tres marcos de lectura abiertos (ORFs): los dos primeros corresponden a los genes retrovirales gag (ORF1) y pol (ORF2), que son necesarios para el movimiento a nivel intracelular, y el ORF3 corresponde en tamaño y localización genómica con el gen env que codifica para la envoltura proteica en los virus, necesaria para la infección extracelular.

Los estudios philogenéticos muestran que los retrovirus de vertebrados han evolucionado de los elementos transponibles LTR al adquirir un dominio Env. Esto ocurrió en diferentes grupos de animales y plantas, y en varios casos la adquisición de este dominio ha sido reciente, lo que ha permitido identificar el origen de los genes. El mejor ejemplo estudiado hasta el momento de la adquisición de este dominio es el del elemento gypsy de D. melanogaster. Varios estudios ha demostrado que gypsy infecta oocitos de Drosophila, y que es el gen env el responsable de la infección, por tanto, actúa como un verdadero retrovirus al presentar esta capacidad infecciosa, lo que sugiere que los miembros ancestrales

PR RT RH EN ENV

LTR ORF1 ORF2 ORF3 LTR ENV

de estos elementos podrían ser el origen de los retrovirus (Eickbush y Jamburuthugoda, 2008; Alberola et al., 1997; Kim et al., 1994; Song et al., 1994).

Las secuencias homólogas del elemento gypsy de D. melanogaster se encuentran ampliamente distribuidas en las especies de Drosophila, al igual que los retrotransposones copia y 1731. La distribución de los elementos gypsy es consistente con la hipótesis de un origen antiguo de estas secuencias presentando, probablemente, un ancestro común cercano a la radiación de Drosophila, que fue posteriormente transmitido de manera vertical. No obstante, las complejas relaciones filogenéticas de las secuencias tipo gypsy en especies de Drosophila, y de otras que no están relacionadas, sugieren que la transferencia de gypsy se ha hecho de manera horizontal en los principales grupos taxonómicos, lo que ha contribuido a la generación de la actual familia gypsy (Alberola et al., 1997; Alberola y de Frutos, 1996).

Los estudios comparativos entre especies de Drosophila, realizados por Alberola y de Frutos, 1996, mostraron que gypsy podría estar transcripcionalmente activo en diferentes especies, lo que indicaría que los motivos de las proteínas codificadas por estos ORFs se han conservado a través del tiempo. Las regiones más conservadas las encontraron en el ORF2; sus dominios putativos, PR, RT, RH y EN, son homólogos con los del gen pol encontrado en los retrovirus y se encuentran en el mismo orden. El ORF1 presenta muchos más cambios, como la falta del motivo de unión del ARN, aunque presentan regiones ricas en arginina que podrían asumir esta función. En Drosophila los genes gag y pol son funcionales, no obstante en especies como D. subobscura y D. virilis los motivos necesarios para la producción de una envoltura proteica se encuentran truncados. Aunque la proteína del ORF3 ha perdido su funcionalidad, el mecanismo de splicing y el resto de la secuencia se encuentran altamente conservados (Alberola y de Frutos, 1996; Song et al., 1994).