ミトコンドリアレトロプラスミドは、ハイブリッドcDNAの合成と相同組換えを含む新しいメカニズムによってミトコンドリアDNAに統合されます

Neurospora sppのモーリスビルとvarkudミトコンドリアプラスミド。RNA中間および逆転写を介して伝播する密接に関連している小さな円形DNAです。プラスミドは通常自律的に複製しますが、ミトコンドリアDNA（mtDNA）に統合することもでき、場合によっては老化を引き起こす欠陥のあるmtDNAを生成します。統合メカニズムを調査するために、Varkudプラスミドがミトコンドリアの小さなRRNA遺伝子に統合された4つの症例、3つが野生型サブカルチャー、1つは老化した変異体で分析されました。我々の分析は、統合がプラスミド逆転写酵素テンプレートによって発生し、プラスミド転写産物とミトコンドリアの小さなrRNAの内部配列間の切り替えによって発生し、mtDNAとの相同性化されたハイブリッドcDNAを生成することを示唆しています。統合されたプラスミド配列は、おそらくミトコンドリアの小さなrRNAプロモーターから転写され、ミトコンドリアの小rRNAの5 'セグメントを完全な長さのプラスミド転写産物にリンクしたハイブリッドRNAをもたらします。追加の老化変異体の分析により、プラスミドが同じメカニズムを使用してmtDNAの他の場所に統合する3つの症例が明らかになりました。これらの場合、mtDNAの対応するtRNAまたはtRNA様配列の部位での相同組換えによって統合されたテンプレートスイッチングにより、ミトコンドリアTRNAまたはtRNA様配列を組み込んだ円形のバリアントプラスミド。テンプレートスイッチングを含むこの単純な統合メカニズムは、特殊な統合機械を取得する前に、一定の統合的に統合されたハイブリッドcDNAを生成することができたでしょう。

The Mauriceville and Varkud mitochondrial plasmids of Neurospora spp. are closely related, small circular DNAs that propagate via an RNA intermediate and reverse transcription. Although the plasmids ordinarily replicate autonomously, they can also integrate into mitochondrial DNA (mtDNA), yielding defective mtDNAs that in some cases cause senescence. To investigate the integration mechanism, we analyzed four cases in which the Varkud plasmid integrated into the mitochondrial small rRNA gene, three in wild-type subcultures and one in a senescent mutant. Our analysis suggests that the integrations occurred by the plasmid reverse transcriptase template switching between the plasmid transcript and internal sequences in the mitochondrial small rRNA to yield hybrid cDNAs that circularized and recombined homologously with the mtDNA. The integrated plasmid sequences are transcribed, presumably from the mitochondrial small rRNA promoters, resulting in hybrid RNAs containing the 5' segment of the mitochondrial small rRNA linked head-to-tail to the full-length plasmid transcript. Analysis of additional senescent mutants revealed three cases in which the plasmid used the same mechanism to integrate at other locations in the mtDNA. In these cases, circular variant plasmids that had incorporated a mitochondrial tRNA or tRNA-like sequence by template switching integrated by homologous recombination at the site of the corresponding tRNA or tRNA-like sequence in mtDNA. This simple integration mechanism involving template switching to generate a hybrid cDNA that integrates homologously could have been used by primitive retroelements prior to the acquisition of a specialized integration machinery.