Long interspersed nuclear element

LINEs sind mobile DNA-Elemente, die aufgrund ihrer kodierten Endonuklease und reversen Transkriptase autonom retrotransponieren können. Ihre Transkription erfolgt hauptsächlich durch die RNA-Polymerase II und wird zusätzlich durch regulatorische Mechanismen beeinflusst.

Die funktionell aktiven LINE-Elemente werden als L1-Elemente bezeichnet. Sie besitzen zwei offene Leserahmen (ORF1 und ORF2): ORF1 kodiert ein RNA-bindendes Protein (RBP), während ORF2 ein bifunktionelles Protein mit Endonuklease- und reverser-Transkriptase-Aktivität kodiert.

Die meisten L1-Elemente sind aufgrund unvollständiger Retrotranspositionen verkürzt und weisen häufig eine unvollständige 5′-UTR auf. Dennoch können viele dieser Elemente transkriptionell aktiv sein und funktionelle Rollen im Genom übernehmen.

L1-Elemente vermehren sich über einen "copy-and-paste"-Mechanismus (Retrotransposition). Nach der Transkription durch die RNA-Polymerase II wird die mRNA im Zytoplasma translatiert. Die entstehenden ORF1- und ORF2-Proteine binden bevorzugt an ihre eigene mRNA (cis-Präferenz) und bilden einen Ribonukleoprotein-Komplex.

Dieser gelangt zurück in den Zellkern, wo die Endonuklease von ORF2 einen Einzelstrangbruch in der Ziel-DNA erzeugt. Anschließend nutzt die reverse Transkriptase das freie 3′-OH-Ende als Primer zur Synthese einer cDNA aus der L1-mRNA. Dieser Vorgang wird als Target-Primed Reverse Transcription (TPRT) bezeichnet.^[1] Nach Abschluss der DNA-Synthese und Reparatur ist eine neue Kopie des L1-Elements in das Genom integriert.

LINEs tragen zur strukturellen und funktionellen Organisation des Genoms bei. Sie regulieren die Genexpression, beeinflussen die Chromatinorganisation und fördern die genetische Diversität durch Retrotransposition. Darüber hinaus stellen aktive LINE-1-Elemente die für die Retrotransposition von SINEs und anderen nichtautonomen Retrotransposons erforderlichen Enzyme bereit. Während der Embryonalentwicklung und im Rahmen der Evolution übernehmen LINEs wichtige regulatorische Funktionen.

LINE-Insertionen können zu verschiedenen genetischen Erkrankungen führen, wenn sie in wichtige Gene integrieren oder deren Expression stören. Beispiele sind Hämophilie A durch L1-Insertion in das Faktor VIII-Gen oder Duchenne-Muskeldystrophie durch Insertion in das Dystrophin-Gen. Darüber hinaus können LINEs zur genomischen Instabilität beitragen und sind möglicherweise an der Entstehung von Tumoren beteiligt.

Andererseits tragen LINEs zur genetischen Vielfalt und Adaptation bei.

• Nordheim, Knippers: Molekulare Genetik. 10. Auflage, Thieme Verlag