Os elementos nucleares intercalados curtos ou SINEs (do inglés Short interspersed nuclear elements) son secuencias de ADN non codificante presentes en altas frecuencias en varios xenomas eucariotas. Son unha clase de retrotransposóns, é dicir, elementos de ADN que se amplifican a si mesmos nos xenomas eucariotas, xeralmente por medio de intermediarios de ARN, que non poden formar autonomamente (dependen de moléculas doutros elementos xenéticos para replicarse). Os SINEs caracterízanse polo seu tamaño e método de retrotransposición. Na literatura atópanse diversos tamaños para os SINEs, pero hai un consenso xeral de que teñen unha lonxitude de menos de 700 pares de bases (aínda que os límites son arbitrarios).Kramerov D. and Vassetzky N. (2012). SINEBase: a database and tool for SINE analysis. Nucleic Acids Research 41, D83-D89. PMID 23203982. Cita: "SINEs are defined as relatively short (<700 bp) nonautonomous retroposons transcribed by the cellular RNA polymerase III (pol III) from an internal promoter, whereas their reverse transcription depends on the reverse transcriptase of partner LINEs." ("Os SINEs defínense como retrotransposóns non autónomos relativamente curtos (<700 pares de bases) transcirtos pola ARN polimerase III celular (pol III) a patir dun promotor interno, mentres que a súa transcrición inversa depende da transcriptase inversa de LINEs asociados.") Os SINEs son transcritos pola ARN polimerase III, que se encarga de transcribir o ARN ribosómico e o ARN transferente, dous tipos de ARN fundamentais para a ensamblaxe do ribosoma e a tradución dos ARNm.Deininger P. and Batzer M. (2002). Mammalian Retroelements. Genome Res 12, 1455-1465. Os SINEs, igual que os ARNt e moitos ARNs nucleares pequenos posúen un promotor interno, é dicir, teñen os seus propios elementos promotores clave dentro da rexión transcrita. Aínda que son transcritos pola ARN polimerase III, os SINEs e outros xenes que posúen promotores internos, recrutan diferente maquinaria transcricional e factores que os xenes que posúen promotores situados augas arriba.White Robert. (July 2011). Transcription of RNA polymerase III: more complex than we thought. Nature Reviews Genetics 12, 459-463.

O ARN codificado polos SINEs non codifica ningún produto proteico pero sofre transcrición inversa orixinando un ADN que é inserido nunha rexión distinta do xenoma. Por esta razón, crese que os elementos nucleares intercalados curtos (SINEs) evolucionaron xunto cos elementos nucleares intercalados longos (LINEs), xa que os LINEs si codifican produtos proteicos, o que lles permite ser reversotranscritos e integrados de novo no xenoma. Pénsase que os SINEs se apropiaron das proteínas codificadas polos LINEs, as cales están contidas en dous marcos de lectura. O marco de lectura aberto 1 (ORF 1) codifica unha proteína que se une ao ARN e actúa como unha chaperona para facilitar e manter a estrutura do complexo proteína de LINE-ARN.Ewing A. et al. (2013). Retrotransposition of gene transcripts leads to structural variation in mammalian genomes. Genome Biology 14(3), R22. O marco de lectura aberto 2 (ORF 2) codifica unha proteína que posúe actividades de endonuclease e de transcriptase inversa.Matlik K et al. (2006). L1 antisense promoter drives tissue-specific transcription of human genes. Journal of Biomedicine and Biotechnology 2006(1), 71753. Isto permite que o ARNm do LINE sexa reversotranscrito a ADN e integrado no xenoma baseándose en motivos de secuencia recoñecidos polo dominio endonuclease da proteína.

Ademais, os SINEs comparten homoloxía de secuencia cos LINEs, o que explica que a maquinaria dos LINEs poida reversotranscribir e integrar transcritos de SINEs. Alternativamente, algúns SINEs crese que usan un sistema moito máis complexo para integrarse de novo no xenoma; este sistema implica o uso de roturas no ADN bictenario ao chou (en vez da creación dun sitio de inserción como fai a endonuclease codificada polos LINEs).Singer M. (March 1982). SINEs and LINEs: highly repeated short and long interspersed sequences in mammalian genomes. Cell 28(3), 433-434. Estas roturas no ADN son utilizadas para cebar a transcriptase inversa, integrando finalmente o transcrito SINE no xenoma. Como os SINEs dependen de enzimas codificados por outros elementos do ADN, denomínanse retrotransposóns non autónomos, xa que dependen da maquinaria dos LINEs, os cales se denominan retrotransposóns autónomos.Buzdin A. and Gogvadze E. (2009). Retroelements and their impact on genome evolution and functioning. Cell. Mol. Life Sci. 66, 3727-3742.

As rexións internas dos SINEs orixínanse de ARNt e están altamente conservadas, o que suxire que existiu unha presión positiva para preservar a estrutura e a función dos SINEs. Aínda que os SINEs están presentes en moitas especies de vertebrados e invertebrados, os SINEs son a miúdo específicos de liñaxe, o que fai que sexan marcadores útiles de evolución diverxente entre especies. A variación do número de copias e mutacións na secuencia SINE fai posible construír filoxenias baseadas en diferenzas nos SINEs entre especies. Os SINEs están tamén implicados en certos tipos de enfermidades xenéticas en humanos e outros eucariotas.

Clasificación e estrutura Os SINEs clasifícanse como retrotransposóns non LTR porque non conteñen repeticións terminais longas (LTRs). Hai tres tipos de SINEs comúns a vertebrados e invertebrados, que son: CORE-SINEs, V-SINEs, e AmnSINEs. Os SINEs teñen rexións internas de 50-500 pares de bases que conteñen un segmento derivado dun ARNt con caixas A e B, que serven como promotor interno para a ARN polimerase III.

Os elementos Alu son os SINEs máis comúns nos humanos, con máis de 1 000 000 de copias no xenoma. A diferenza no número de copias de elementos Alu pode utilizarse para distinguir e construír filoxenias de especies de primates. Comprobouse que os caninos difiren principalmente na súa abundancia de repeticións SINEC_Cf no xenoma, en vez doutras mutacións a nivel de xenes ou alelos. Estes SINEs específicos de cans poden codificar un sitio aceptor de empalme, alterando as secuencias que aparecen como exóns ou intróns en cada especie.

Propagación, regulación e retrotransposición Os SINEs usan un intermediario de ARN e unha transcriptase inversa para transpoñerse en novas partes do xenoma. Porén, non codifican unha transcriptase inversa funcional e dependen da maquinaria molecular doutros elementos transpoñibles para realizar a súa transposición. Concretamente, os SINEs e outros elementos nucleares dependen das proteínas LINE-1 (L1) para a súa transposición ao longo do xenoma. A L1 é transcrita e retrotransposta máis frecuentemente na liña xerminal e durante o desenvolvemento temperán; como resultado os SINEs móvense polo xenoma principalmente durante estes períodos. A transcrición dos SINEs está regulada á baixa por factores de transcrición en células somáticas despois do desenvolvemento temperán, aínda que o estrés pode causar a regulación á alza dos normalmente silenciosos SINEs. Os SINEs poden ser transferidos entre os individuos ou especies por medio de transferencia horizontal de xenes por medio dun vector viral.

Mecanismo de retrotransposición

A teoría que di que os SINEs evolucionaron para utilizar a maquinaria de retrotransposón dos LINEs está apoiada por estudos nos que se examinou a presenza e distribución de LINEs e SINEs en diferentes especies.Rinehart T. et al. (2005). SINE extinction preceded LINE extinction in sigmodontine rodents: implications for retrotranspositional dynamics and mechanism. Cytogenet Genome Res 110(1-4), 416-425. Por exemplo, os LINEs e SINEs en roedores e primates mostran unha homoloxía moi forte no motivo do sitio de inserción. Dita evidencia é unha base para explicar o mecanismo proposto no cal a integración do transcrito SINE pode ser incorporado con produtos proteicos codificados en LINEs. Isto demostrouse especificamente por medio dunha detallada análise duns perfís de LINEs e SINEs de 20 especies de roedores, principalmente as das familias L1 e B1, respectivamente; estas son familias de LINEs e SINEs que se encontran en altas frecuencias en roedores xunto con outros mamíferos. O estudo trataba de aclarar a filoxenética no contexto da actividade dos LINEs e SINEs.

O estudo chegou a un taxon candidato que se cría que era o primeiro exemplo de extinción de LINE L1; o estudo descubriu como se esperaba que non había probas que indicasen que a actividade de SINE B1 aparecese en especies que non tiñan actividade de LINE L1. Ademais, o estudo suxería que o silenciamento do SINE B1 ocorrera de feito antes da extinción do LINE L1; isto debíase a que os SINEs B1 son silenciados no xénero máis estreitamente relacionado co xénero que non contén LINE L1 activos (aínda que o xénero con silenciamento de SINE B1 aínda contén LINE L1 activos). Atopouse outro xénero que igualmente contiña LINE L1 activos pero non contiña SINE B1; o caso oposto, no cal os SINEs B1 activos estaban presentes nun xénero que non posuía LINEs L1 activos non se atopou. Este resultado era o agardado e apoia firmemente a teoría de que os SINEs evolucionaron para aproveitarse de proteínas que se ligan ao ADN, endonucleases e transcriptases inversas codificadas por LINEs. En taxóns que non transcriben activamente e traducen produtos proteicos de LINEs, os SINEs non teñen o fundamento teórico polo cal retrotranspoñer dentro do xenoma. Os resultados obtidos por Rinehart et al. apoian claramente o modelo actual da retrotransposición dos SINEs.

Efectos da transposición de SINEs e enfermidades A inserción dun SINE augas arriba dunha rexión codificante pode ter como resultado a reorganización do exón (exon shuffling) ou cambios na rexión reguladora do xene. A inserción dun SINE nunha secuencia codificante dun xene pode ter efectos deletéreos e unha transposición non regulada pode causar enfermidades xenéticas. A transposición e recombinación dos SINEs e outros elementos nucleares activos pénsase que é unha importante contribución da diversidade xenética entre liñaxes durante a especiación.

Hai máis de 50 enfermidades humanas asociadas con SINEs. Cando están inseridos preto ou dentro dun exón, os SINEs poden causar un empalme de ARN inapropiado, convértense en rexións codificantes ou cambian o marco de lectura, a miúdo orixinando fenotipos de enfermidades en humanos e outros animais. A inserción de elementos Alu no xenoma humano está asociado con cancro de mama, cancro de colon, leucemia, hemofilia, enfermidade de Dent, fibrose quística, neurofibromatose e moitas outras.

Orixe e módulos

Os SINEs crese que teñen unha orixe parasítica en xenomas eucariotas. Estes SINEs mutaron e replicáronse por si mesmos unha incrible cantidade de veces na escala de tempo evolutiva e orixinaron moitas liñaxes diferentes. A súa orixe evolutiva fixo que sexan moi comúns en moitas liñaxes eucariotas. De feito, os elementos Alu, uns SINEs duns 300 nucleótidos presentan un millón de copias no xenoma humano, o que supón o 10% de todo o xenoma; e isto non é raro tamén noutras especies.Batzer M. and Cordaux R. (October 2009). The impact of retrotransposons on human gene evolution. Nature Reviews Genetics 10(10), 691-703. A familia Alu é unha entre unha enorme cantidade de SINEs en xenomas eucariotas, que se diferencian por características como a lonxitude, secuencia e método de retrotransposición.