Повторяющиеся последовательности (также известные как повторяющиеся элементы , повторяющиеся единицы или повторы ) представляют собой структуры нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), которые встречаются во множестве копий по всему геному . Повторяющаяся ДНК была впервые обнаружена из-за ее быстрой кинетики повторной ассоциации . У многих организмов значительная часть геномной ДНК сильно повторяется, причем у человека более двух третей последовательности состоит из повторяющихся элементов. [1]
Повторяющиеся элементы, обнаруженные в геномах, делятся на разные классы в зависимости от их структуры и/или способа размножения. Расположение повторяющихся элементов состоит либо в массивах тандемно повторяющихся последовательностей, либо в повторах, рассеянных по всему геному (см. ниже).
Споры о потенциальных функциях этих элементов ведутся давно. Спорные ссылки на «мусорную» или «эгоистичную» ДНК были выдвинуты на раннем этапе, подразумевая, что повторяющиеся сегменты ДНК являются остатками прошлой эволюции или автономными самовоспроизводящимися последовательностями, взламывающими клеточный механизм для пролиферации. [2] [3] Первоначально обнаруженные Барбарой МакКлинток , [4] рассеянные повторы все чаще признаются в качестве потенциального источника генетической изменчивости и регуляции . Наряду с этими регуляторными ролями также была предложена структурная роль повторяющейся ДНК в формировании трехмерной укладки геномов. [5]Эта гипотеза подтверждается лишь ограниченным набором экспериментальных данных. Например, у человека, мыши и мухи несколько классов повторяющихся элементов проявляют высокую тенденцию к совместной локализации в ядерном пространстве, указывая на то, что положения повторов ДНК могут использоваться клеткой в качестве карты сворачивания генома. [6]
Последовательности тандемных повторов, особенно тринуклеотидные повторы, лежат в основе некоторых заболеваний человека . Тринуклеотидные повторы могут увеличиваться в зародышевой линии в последующих поколениях, что приводит к все более тяжелым проявлениям заболевания. Заболевания, при которых происходит расширение, включают болезнь Хантингтона , синдром ломкой Х -хромосомы , несколько спиноцеребеллярных атаксий , миотоническую дистрофию и атаксию Фридриха . [7] Экспансия тринуклеотидных повторов может происходить за счет проскальзывания цепи во время репликации ДНК или во время репарации ДНК.синтез. [7]
Последовательности гексануклеотидных повторов GGGGCC в гене C9orf72 являются частой причиной бокового амиотрофического склероза и лобно-височной деменции . [8] Последовательности тринуклеотидных повторов CAG лежат в основе нескольких спиноцеребеллярных атаксий (SCA -SCA1 , SCA2, SCA3, SCA6, SCA7, SCA12, SCA17 ). [8] Болезнь Гентингтона возникает в результате нестабильной экспансии повторяющихся последовательностей CAG в экзоне 1 гена хантингтина ( HTT ). HTT кодирует каркасный белок , который непосредственно участвует времонт окислительного повреждения ДНК . [9] Было отмечено , что гены , содержащие патогенную CAG повторов , часто кодируют белки , которые сами по себе имеют определенную роль в повреждении ДНК ответа и что повторные разложения могут ухудшить специфические пути репарации ДНК. [10] Неисправность ремонт повреждений ДНК в повторяющихся последовательностях может привести к дальнейшему расширению этих последовательностей, таким образом , создание порочного круга патологии. [10]
У приматов большинство LINE относятся к LINE-1, а большинство SINE — к Alu . SVA специфичны для гоминоидов.