В молекулярной биологии , A цикл перемещения или D-петля является ДНК - структурой , в которой две нити молекулы двухцепочечной ДНК разделены для протяжения и держали друг от друга на третьей нити ДНК. Р-петля похожа на D-петлю, но в этом случае третья цепь представляет собой РНК , а не ДНК. Третья цепь имеет последовательность оснований , которая комплементарна одной из основных цепей и спаривается с ней, таким образом вытесняя другую комплементарную главную цепь в этом районе. Таким образом, внутри этой области структура представляет собой форму трехцепочечной ДНК.. На схеме в статье, вводящей термин, проиллюстрирована D-петля с формой, напоминающей заглавную букву «D», где смещенная нить образует петлю буквы «D». [1]
D-петли возникают в ряде конкретных ситуаций, в том числе при репарации ДНК , в теломерах и как полустабильная структура в митохондриальных кольцевых молекулах ДНК .
В митохондриях
В 1971 году исследователи из Калифорнийского технологического института обнаружили, что кольцевая митохондриальная ДНК растущих клеток включает короткий сегмент из трех нитей, который они назвали петлей смещения. [1] Они обнаружили, что третья цепь была реплицированным сегментом тяжелой цепи (или H-цепи) молекулы, которую она вытеснила, и была водородной связью с легкой цепью (или L-цепью). С тех пор было показано, что третья цепь является начальным сегментом, генерируемым репликацией тяжелой цепи, которая была остановлена вскоре после инициации и часто сохраняется в течение некоторого периода в этом состоянии. [2] D-петля находится в основной некодирующей области молекулы митохондриальной ДНК, сегменте, называемом контрольной областью или областью D-петли.
Репликация митохондриальной ДНК может происходить двумя разными способами, начиная с области D-петли. [3] Один путь продолжает репликацию тяжелой цепи через значительную часть (например, две трети) кольцевой молекулы, а затем начинается репликация легкой цепи. Недавно описанный режим начинается с другого источника в области D-петли и использует репликацию связанных цепей с одновременным синтезом обеих цепей. [3] [4]
Определенные основания в области D-петли сохраняются, но большие части сильно изменчивы, и эта область оказалась полезной для изучения эволюционной истории позвоночных. [5] Область содержит промоторы для транскрипции в РНК из двух цепей митохондриальной ДНК , непосредственно прилегающей к структуре D-петли, которая связана с началом репликации ДНК. [6] Последовательности D-петли также представляют интерес при изучении рака. [7]
Функция D-петли еще не ясна, но недавние исследования показывают, что она участвует в организации митохондриального нуклеоида . [8] [9]
В теломерах
В 1999 году сообщалось, что теломеры , которые покрывают конец хромосом , заканчиваются лариатоподобной структурой, называемой Т-петлей (Telomere-loop). [10] Это петля из обеих нитей хромосомы, которые присоединены к более ранней точке в двухцепочечной ДНК 3'-концом цепи, вторгающимся в пару нитей, чтобы сформировать D-петлю. Сустав стабилизируется shelterin белка POT1 . [11] Т-образная петля, которая завершается сплайсингом D-петли, защищает конец хромосомы от повреждения. [12]
В ремонте ДНК
Когда в двухцепочечной молекуле ДНК произошел разрыв обеих цепей, один механизм репарации, доступный в диплоидных эукариотических клетках, - это репарация гомологичной рекомбинацией . Это позволяет использовать интактную хромосому, гомологичную сломанной, в качестве шаблона для правильного совмещения двух двухцепочечных частей для воссоединения. В начале этого процесса одна нить одной части сопоставляется с цепью интактной хромосомы, и эта нить используется для формирования D-петли в этой точке, вытесняя другую нить интактной хромосомы. Для воссоединения следуют различные этапы лигирования и синтеза. [13]
У людей белок RAD51 играет центральную роль в поиске гомологов и формировании D-петли. У бактерии Escherichia coli аналогичную функцию выполняет белок RecA . [14]
Мейотическая рекомбинация
Во время мейоза восстановление двухцепочечных повреждений, особенно двухцепочечных разрывов, происходит с помощью процесса рекомбинации, описанного на прилагаемой диаграмме. Как показано на диаграмме, D-петля играет центральную роль в мейотической рекомбинационной репарации таких повреждений. Во время этого процесса рекомбиназы Rad51 и Dmc1 связывают 3'-хвосты одноцепочечной ДНК (оцДНК) с образованием спиральных нуклеопротеиновых филаментов, которые выполняют поиск интактной гомологичной двухцепочечной ДНК (дцДНК). [15] Как только гомологичная последовательность обнаружена, рекомбиназы облегчают инвазию конца оцДНК в гомологичную дцДНК с образованием D-петли. После обмена цепью промежуточные продукты гомологичной рекомбинации обрабатываются одним из двух различных путей (см. Диаграмму) с образованием конечных рекомбинантных хромосом.
Смотрите также
- Репликация D-петли
- контрольная область мтДНК
Рекомендации
- ^ a b Kasamatsu, H .; Робберсон, DL; Виноград, Дж. (1971). «Новая замкнутая кольцевая митохондриальная ДНК со свойствами реплицирующегося интермедиата» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 68 (9): 2252–2257. Bibcode : 1971PNAS ... 68.2252K . DOI : 10.1073 / pnas.68.9.2252 . PMC 389395 . PMID 5289384 .
- ^ Doda, JN; Райт, Коннектикут; Клейтон, Д.А. (1981). «Удлинение цепей смещения петель в митохондриальной ДНК человека и мыши задерживается вблизи определенных матричных последовательностей» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 78 (10): 6116–6120. Bibcode : 1981PNAS ... 78.6116D . DOI : 10.1073 / pnas.78.10.6116 . PMC 348988 . PMID 6273850 .
- ^ а б Fish, J .; Raule, N .; Аттарди, Г. (2004). «Обнаружение основного начала репликации D-петли показывает два способа синтеза мтДНК человека» (PDF) . Наука . 306 (5704): 2098–2101. Bibcode : 2004Sci ... 306.2098F . DOI : 10.1126 / science.1102077 . PMID 15604407 .
- ^ Холт, Эй Джей; Lorimer, HE; Джейкобс, HT (2000). «Спаренный синтез ведущей и отстающей цепи митохондриальной ДНК млекопитающих». Cell . 100 (5): 515–524. DOI : 10.1016 / s0092-8674 (00) 80688-1 . PMID 10721989 .
- ^ Ларица, А .; Pesole, G .; Reyes, A .; Sbisà, E .; Сакконе, К. (2002). «Специфичность происхождения эволюционной динамики области D-петли мтДНК у грызунов». Журнал молекулярной эволюции . 54 (2): 145–155. Bibcode : 2002JMolE..54..145L . DOI : 10.1007 / s00239-001-0063-4 . PMID 11821908 .
- ^ Чанг, DD; Клейтон, Д.А. (1985). «Праймирование репликации митохондриальной ДНК человека происходит на промоторе легкой цепи» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 82 (2): 351–355. Bibcode : 1985PNAS ... 82..351C . DOI : 10.1073 / pnas.82.2.351 . PMC 397036 . PMID 2982153 .
- ^ Акучекян, М .; Houshmand, M .; Hemati, S .; Ансарипур, М .; Шафа, М. (2009). «Высокая скорость мутации в области петли смещения митохондриальной ДНК при колоректальном раке человека». Заболевания толстой и прямой кишки . 52 (3): 526–530. DOI : 10.1007 / DCR.0b013e31819acb99 . PMID 19333057 .
- ^ He, J .; Mao, C. -C .; Reyes, A .; Sembongi, H .; Ди Ре, М .; Granycome, C .; Клиппингдейл, АБ; Фернли, И. М.; Гавань, М .; Робинсон, AJ; Reichelt, S .; Spelbrink, JN; Уокер, Дж. Э .; Холт, Эй Джей (2007). «Белок AAA + ATAD3 обладает способностью связывания смещения петли и участвует в организации митохондриальных нуклеоидов» . Журнал клеточной биологии . 176 (2): 141–146. DOI : 10,1083 / jcb.200609158 . PMC 2063933 . PMID 17210950 .
- ^ Лесли, М. (2007). «Брошено за D-петлю» . Журнал клеточной биологии . 176 (2): 129а. DOI : 10,1083 / jcb.1762iti3 . PMC 2063944 .
- ^ Гриффит, Дж. Д.; Comeau, L .; Rosenfield, S .; Stansel, RM; Bianchi, A .; Moss, H .; Де Ланге, Т. (1999). «Теломеры млекопитающих заканчиваются большой дуплексной петлей». Cell . 97 (4): 503–514. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80760-6 . PMID 10338214 .
- ^ Маэстрони Л., Матмати С., Кулон С. (2017). «Решение проблемы репликации теломер» . Гены . 8 (2): E55. DOI : 10,3390 / genes8020055 . PMC 5333044 . PMID 28146113 .
- ^ Грейдер, CW (1999). «Теломеры образуют D-петлю-T-петлю». Cell . 97 (4): 419–422. DOI : 10.1016 / s0092-8674 (00) 80750-3 . PMID 10338204 .
- ^ Hartl, Daniel L .; Джонс, Элизабет В. (2005). «стр. 251» . Генетика: анализ генов и геномов . Издательство "Джонс и Бартлетт". ISBN 978-0763715113.
- ^ Shibata, T .; Нишинака, Т .; Mikawa, T .; Aihara, H .; Курумидзака, H .; Yokoyama, S .; Ито, Ю. (2001). «Гомологичная генетическая рекомбинация как внутреннее динамическое свойство структуры ДНК, индуцированное белками семейства RecA / Rad51: возможное преимущество ДНК перед РНК в качестве геномного материала» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (15): 8425–8432. Bibcode : 2001PNAS ... 98.8425S . DOI : 10.1073 / pnas.111005198 . PMC 37453 . PMID 11459985 .
- ^ Sansam CL, Pezza RJ (2015). «Соединение путем разрыва и восстановления: механизмы обмена цепей ДНК в мейотической рекомбинации» . FEBS Дж . 282 (13): 2444–57. DOI : 10.1111 / febs.13317 . PMC 4573575 . PMID 25953379 .