Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Повторяющиеся последовательности (также известные как повторяющиеся элементы , повторяющиеся единицы или повторы ) представляют собой образцы нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), которые встречаются в нескольких копиях по всему геному . Повторяющаяся ДНК была впервые обнаружена из-за ее быстрой кинетики повторной ассоциации . У многих организмов значительная часть геномной ДНК сильно повторяется, при этом более двух третей последовательности у человека 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 последовательно повторяющихся последовательностей, либо в повторах, рассредоточенных по всему геному (см. Ниже).

Функции [ править ]

Споры о потенциальных функциях этих элементов ведутся давно. Спорные ссылки на «мусор» или «эгоистичную» ДНК были выдвинуты на раннем этапе, подразумевая, что повторяющиеся сегменты ДНК являются остатками прошлой эволюции или автономными самовоспроизводящимися последовательностями, взламывающими клеточный аппарат для размножения. [2] [3] Первоначально обнаруженные Барбарой МакКлинток [4] диспергированные повторы все чаще признаются как потенциальный источник генетической изменчивости и регуляции. Вместе 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 имеют высокую тенденцию к совместной локализации в ядерном пространстве, предполагая, что положения повторов ДНК могут использоваться клеткой в ​​качестве карты сворачивания генома. [6]

Тандемные повторы при заболеваниях человека [ править ]

Последовательности тандемных повторов, в частности тринуклеотидные повторы, лежат в основе ряда заболеваний человека . Тринуклеотидные повторы могут увеличиваться в зародышевой линии в течение последовательных поколений, что приводит к все более серьезным проявлениям заболевания. Болезненные условия, при которых происходит распространение, включают болезнь Хантингтона , синдром ломкой Х-хромосомы , несколько спиноцеребеллярных атаксий , миотоническую дистрофию и атаксию Фридриха . [7] Расширения тринуклеотидных повторов могут происходить из-за 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 (SCAs- SCA1 ; SCA2; SCA3; SCA6; SCA7; SCA12; SCA17 ). [8] Болезнь Хантингтона возникает в результате нестабильной экспансии повторяющихся последовательностей CAG в экзоне 1 гена хантингтина ( HTT ). HTT кодирует белок каркаса, который непосредственно участвует ввосстановление окислительного повреждения ДНК . [9] Было отмечено, что гены, содержащие патогенные повторы CAG, часто кодируют белки, которые сами играют роль в ответе на повреждение ДНК, и что экспансия повторов может нарушать специфические пути репарации ДНК. [10] Неправильная репарация повреждений ДНК в повторяющихся последовательностях может вызвать дальнейшее расширение этих последовательностей, тем самым создавая порочный круг патологии. [10]

Типы [ править ]

Основные типы [ править ]

Основные категории повторяющейся последовательности или повторов :

  • Тандемные повторы : это копии, которые лежат рядом друг с другом, прямо или в перевернутом виде. Спутниковая ДНК - обычно находится в центромерах и гетерохроматине . Минисателлит - повторяющиеся единицы примерно от 10 до 60 пар оснований, обнаруженные во многих местах генома, включая центромеры . Микросателлит - повторяющиеся единицы менее 10 пар оснований; это включает теломеры , которые обычно имеют от 6 до 8 повторяющихся единиц пар оснований.
  • Вкрапленные повторы (также известные как вкрапленные ядерные элементы): мобильные элементы . Транспозоны ДНК . ретротранспозоны . LTR-ретротранспозоны (HERV) . не LTR-ретротранспозоны . SINEs ( S Hort Я nterspersed Н uclear Е lements). Линий ( L Ong я nterspersed N uclear E lements). SVA

У приматов большинство LINE - это LINE-1, а большинство SINE - это Alu . SVA специфичны для гоминоидов.

У прокариот CRISPR представляет собой массив чередующихся повторов и спейсеров.

Повторяющиеся последовательности, эволюционно полученные из событий вирусной инфекции. [11]

Другие типы [ править ]

Примечание. Следующее подробно описано в разделе «Вычисления для сравнительной геномики микробов». [12]

  • Прямые повторы
    • Глобальный прямой повтор
    • Локальные прямые простые повторы
    • Местные прямые повторы
    • Локальные прямые повторы со спейсером
  • Инвертированные повторы
    • Глобальный перевернутый повтор
    • Местный перевернутый повтор
    • Перевернутый раппорт с проставкой
    • Палиндромный повтор
  • Зеркальные и перевернутые повторы

Биотехнология [ править ]

Основная статья: Микроспутник § Анализ

Повторяющуюся ДНК сложно секвенировать с использованием методов секвенирования следующего поколения : сборка последовательности из коротких чтений просто не может определить длину повторяющейся части. Эта проблема особенно серьезна для микросателлитов, которые состоят из крошечных повторяющихся единиц размером 1-6 пар оснований. [13]

Многие исследователи исторически не учитывали повторяющиеся части при анализе и публикации данных о полном геноме. [14]

См. Также [ править ]

  • Геном
  • Тонкая структура эукариотической хромосомы
  • Некодирующая ДНК
  • Межгенная область
  • Генетический маркер
  • Регуляторный ген

Ссылки [ править ]

  1. ^ Де Конинг А.П., Гу W, Castoe Т.А., Батцер М.А., Поллок DD (декабрь 2011). «Повторяющиеся элементы могут составлять более двух третей генома человека» . PLoS Genetics . 7 (12): e1002384. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1002384 . PMC  3228813 . PMID  22144907 .
  2. ^ Оно S (1972). «В нашем геноме так много« мусорной »ДНК». Брукхейвенские симпозиумы по биологии . 23 : 366–70. PMID 5065367 . 
  3. ↑ Orgel LE, Crick FH, Sapienza C (декабрь 1980 г.). «Эгоистичная ДНК». Природа . 288 (5792): 645–6. DOI : 10.1038 / 288645a0 . PMID 7453798 . 
  4. ^ МакКлинток B (1 января 1956). «Управляющие элементы и ген». Симпозиумы Колд-Спринг-Харбор по количественной биологии . 21 : 197–216. DOI : 10.1101 / SQB.1956.021.01.017 . PMID 13433592 . 
  5. ^ Шапиро JA, фон Штернберг R (май 2005). «Почему повторяющаяся ДНК важна для функционирования генома». Биологические обзоры Кембриджского философского общества . 80 (2): 227–50. DOI : 10.1017 / S1464793104006657 . PMID 15921050 . 
  6. ^ Cournac А, Кошуля R, Mozziconacci J (январь 2016). «Трехмерное сворачивание геномов многоклеточных животных коррелирует с ассоциацией подобных повторяющихся элементов» . Исследования нуклеиновых кислот . 44 (1): 245–55. DOI : 10.1093 / NAR / gkv1292 . PMC 4705657 . PMID 26609133 .  
  7. ^ Б Usdin К, Дом НЗ, Freudenreich СН (22 января 2015). «Повторить нестабильность во время ремонта ДНК: выводы из модельных систем» . Критические обзоры в биохимии и молекулярной биологии . 50 (2): 142–67. DOI : 10.3109 / 10409238.2014.999192 . PMC 4454471 . PMID 25608779 .  
  8. ^ a b Abugable AA, Morris JL, Palminha NM, Zaksauskaite R, Ray S, El-Khamisy SF (сентябрь 2019 г.). «Ремонт ДНК и неврологические заболевания: от молекулярного понимания к разработке диагностики и модельных организмов» . Ремонт ДНК . 81 : 102669. DOI : 10.1016 / j.dnarep.2019.102669 . PMID 31331820 . 
  9. ^ Maiuri Т, Mocle AJ, Хунг CL, Ся J, ван-Роон мама WM, Прогуливать R (январь 2017 г.). «Хантингтин представляет собой каркасный белок в комплексе ответа на окислительное повреждение ДНК ATM» . Молекулярная генетика человека . 26 (2): 395–406. DOI : 10,1093 / HMG / ddw395 . PMID 28017939 . 
  10. ^ a b Мэсси Т.Х., Джонс Л. (январь 2018 г.). «Центральная роль повреждения и репарации ДНК в заболеваниях с повторением CAG» . Модели и механизмы заболеваний . 11 (1): dmm031930. DOI : 10,1242 / dmm.031930 . PMC 5818082 . PMID 29419417 .  
  11. ^ Вильярреал LP (2005). Вирусы и эволюция жизни . ASM Press. ISBN 978-1-55581-309-3.[ требуется страница ]
  12. ^ Ассери DW, Вассенаарское TM, Борини S (2009). «Частоты и повторы слов». Вычисления для сравнительной микробной геномики . Вычислительная биология. 8 . С. 137–150. DOI : 10.1007 / 978-1-84800-255-5_8 . ISBN 978-1-84800-254-8.
  13. ↑ De Bustos A, Cuadrado A, Jouve N (ноябрь 2016 г.). «Секвенирование длинных участков повторяющейся ДНК» . Научные отчеты . 6 (1): 36665. DOI : 10.1038 / srep36665 . PMID 27819354 . 
  14. ^ Slotkin РК (1 мая 2018). «Довод в пользу того, чтобы не скрывать повторяющуюся ДНК» . Мобильная ДНК . 9 (1): 15. DOI : 10,1186 / s13100-018-0120-9 . PMID 29743957 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Функция повторяющейся ДНК
  • DNA + Repetitious + Region в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)