移动元件和转座元件

移动元件，或称转座元件，是能够移动或复制自身到基因组新位置的DNA序列。它们在人类DNA中占很大比例，其持续的活动——主要是通过Alu、LINE-1和SVA等元件的逆转录转座——是造成个体间插入性结构变异的持续来源。

Definition

转座元件是能够在基因组内改变其位置的DNA序列；它们大致分为DNA转座子（直接以DNA形式移动）和逆转录转座子（通过RNA中间体的逆转录进行转座，因此在传播过程中拷贝数会增加）。

Scope

本主题涵盖了移动元件的主要类别，通过剪切-粘贴机制移动的DNA转座子与通过RNA中间体移动的逆转录转座子之间的区别，以及新的插入如何导致结构变异和基因组进化。它是对移动元件生物学的参考性论述，并非临床指导。

Core questions

• 人类基因组中转座元件的主要类别有哪些？
• DNA转座子与逆转录转座子在机制上有何不同？
• 新的移动元件插入如何在人与人之间产生结构变异？
• 逆转录转座子活动对进化和基因组有何影响？

Key concepts

• DNA转座子（剪切-粘贴）
• 逆转录转座子（通过RNA进行复制-粘贴）
• LINE-1 (L1) 和靶向引物逆转录
• Alu和SVA非自主元件
• 内源性逆转录病毒 (ERV)
• 移动元件插入多态性
• 插入性结构变异

Mechanisms

移动元件通过两种截然不同的途径进行繁殖。DNA转座子通过转座酶催化的剪切-粘贴反应从一个位点切除并重新插入到其他位置，使拷贝数大致保持不变。逆转录转座子则自我复制：一个元件被转录成RNA，然后逆转录，新的DNA拷贝被整合到新的位置，因此每一轮都可以增加一个拷贝。在人类中，自主的LINE-1元件提供靶向引物逆转录的机制，该机制也动员非自主的Alu和SVA元件；内源性逆转录病毒代表了一类相关但大多固定的类别。新的插入会增加或中断序列，并被检测为一种结构变异。

Clinical relevance

移动元件插入是新结构变异产生的一种机制，在解释健康科学中的基因组数据时，识别插入事件具有相关性。本条目描述了转座元件的生物学及其插入活动作为参考资料，并非个体诊断或治疗的基础。

Epidemiology

转座元件约占人类基因组序列的一半，其中大部分来自逆转录转座子衍生的重复序列。仅Alu元件就有数十万个拷贝，并且仍然是新的多态性插入最活跃的来源之一，而LINE-1提供驱动持续逆转录转座的酶活性；人群调查记录了在个体和祖先之间存在差异的插入多态性。

History

转座元件最初由Barbara McClintock在玉米中发现，比它们在哺乳动物基因组中的普遍性被认识早了几十年。人类基因组测序表明，移动元件衍生的序列在重复序列景观中占据主导地位，Kazazian、Batzer、Deininger等人的研究证实，LINE-1、Alu和SVA元件仍然活跃，产生新的插入，并导致正常变异，偶尔也导致疾病。

Debates

新的移动元件插入的持续发生率有多大？

关于每代Alu、LINE-1和SVA新插入发生频率的估计因检测方法而异，量化活体人群中活跃逆转录转座的真实速率仍然是一个需要完善的领域。

Key figures

• Barbara McClintock
• Haig H. Kazazian
• Mark A. Batzer
• Prescott L. Deininger
• Richard Cordaux

Seminal works

• batzer-2002
• cordaux-2009
• hancks-2016

Frequently asked questions

DNA转座子和逆转录转座子有什么区别？

DNA转座子通过剪切-粘贴机制直接以DNA形式移动，而逆转录转座子通过逆转录并重新插入的RNA中间体进行自我复制，因此逆转录转座子在传播过程中倾向于增加拷贝数。

移动元件在人类基因组中仍然活跃吗？

是的。虽然大多数转座元件拷贝是固定的且不活跃，但一部分LINE-1、Alu和SVA元件仍然能够进行逆转录转座，并持续产生新的、个体差异的插入。