Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Генный сегмент эукариотической рДНК содержит участки 18S, 5.8S и 28S и образует тандемный повторяющийся кластер; 5S рДНК кодируется отдельно. NTS , нетранскрибируемый спейсер, ETS , внешний транскрибируемый спейсер, ITS , внутренние транскрибированные спейсеры 1 и 2, пронумерованные с 5 'конца.
Ядрышко с компонентами пре-рРНК, называемыми интронами и экзонами.

Рибосомная ДНК ( рДНК ) - это последовательность ДНК , которая кодирует рибосомную РНК . Эти последовательности регулируют инициацию и амплификацию транскрипции и содержат как транскрибируемые, так и нетранскрибируемые спейсерные сегменты. РРНК, транскрибируемая из примерно 600 повторов рДНК, образует самый многочисленный участок РНК, обнаруживаемый в клетках эукариот. [1] Рибосомы представляют собой совокупность белков и молекул рРНК, которые транслируют молекулы мРНК для производства белков. Как показано на рисунке, рДНК эукариот состоит из тандемного повтора единичного сегмента, состоящего из NTS, ETS, 18S , ITS1 ,Участки 5.8S , ITS2 и 28S . рДНК имеет другой ген, кодирующий 5S рРНК, расположенный в геноме большинства эукариот. [2] 5S рДНК также присутствует в тандемных повторах, как у Drosophila . [2] Повторяющиеся участки ДНК часто подвергаются рекомбинации. Повторы рДНК обладают множеством регуляторных механизмов, которые не позволяют ДНК подвергаться мутациям, таким образом сохраняя консервативность рДНК. [1]

В ядре область рДНК хромосомы визуализируется как ядрышко, которое образует расширенные хромосомные петли с рДНК. Единицы транскрипции рРНК сгруппированы в тандемные повторы. Эти участки рДНК также называют участками-организаторами ядрышка , поскольку они дают начало ядрышку. В рДНК тандемные повторы чаще всего встречаются в ядрышке; но гетерохроматиновая рДНК находится вне ядрышка. Однако транскрипционно активная рДНК находится внутри самого ядрышка. [1]

В геноме человека имеется 5 хромосом с участками-организаторами ядрышка: акроцентрические хромосомы 13 ( RNR1 ), 14 ( RNR2 ), 15 ( RNR3 ), 21 ( RNR4 ) и 22 ( RNR5 ). Гены, отвечающие за кодирование различных субъединиц рРНК, расположены во многих хромосомах человека. Но гены, кодирующие рРНК, высоко консервативны во всех доменах, и только количество копий, задействованных для генов, имеет различное количество для каждого вида. [1] У бактерий , архей и хлоропластов рРНК состоит из разных (меньших) единиц,большая (23S) рибосомная РНК , 16S рибосомная РНК и 5S рРНК. 16S рРНК широко используется для филогенетических исследований. [3]

Однородность последовательности [ править ]

В большом массиве рДНК полиморфизм между повторяющимися единицами рДНК очень низкий, что указывает на то, что тандемные массивы рДНК развиваются посредством согласованной эволюции . [2] Однако механизм согласованной эволюции несовершенен, так что полиморфизм между повторами внутри индивидуума может происходить на значительных уровнях и может затруднять филогенетический анализ близкородственных организмов. [4] [5]

Последовательности тандемных повторов 5S у нескольких дрозофил сравнивали друг с другом; результат показал, что вставки и делеции часто происходят между видами и часто фланкируются консервативными последовательностями. [6] Они могли произойти из-за проскальзывания вновь синтезированной цепи во время репликации ДНК или из-за преобразования гена. [6]

Расхождение последовательностей [ править ]

Тракты транскрипции рДНК имеют низкий уровень полиморфизма среди видов, что позволяет проводить межвидовые сравнения для выяснения филогенетических отношений с использованием всего нескольких образцов. Кодирующие области рДНК высоко консервативны среди видов, но ITS-области изменчивы из-за вставок, делеций и точечных мутаций. Между удаленными видами, такими как человек и лягушка, сравнение последовательностей на участках ITS нецелесообразно. [7] Консервативные последовательности в кодирующих областях рДНК позволяют сравнивать удаленные виды, даже между дрожжами и человеком. Человеческая 5.8S рРНК на 75% идентична дрожжевой 5.8S рРНК. [8] В случаях для видов-братьев сравнение сегмента рДНК, включая ИТС-тракты между видами, и филогенетический анализ выполняются удовлетворительно. [9] [10]Различные кодирующие области повторов рДНК обычно показывают разные скорости эволюции. В результате эта ДНК может предоставить филогенетическую информацию о видах, принадлежащих к широким системным уровням. [11]

Рекомбинационно-стимулирующая активность [ править ]

Фрагмент дрожжевой рДНК, содержащий ген 5S, нетранскрибируемую спейсерную ДНК и часть гена 35S, обладает локализованной цис-действующей активностью, стимулирующей митотическую рекомбинацию . [12] Этот фрагмент ДНК содержит горячую точку митотической рекомбинации , называемую HOT1. HOT1 проявляет активность, стимулирующую рекомбинацию, когда он вставляется в новые места в геноме дрожжей . HOT1 включает промотор транскрипции РНК-полимеразы I (PolI), который катализирует транскрипцию гена 35S рибосомной рРНК . У мутанта с дефектом PolI активность, стимулирующая рекомбинацию горячих точек HOT1, отсутствует. Уровень транскрипции PolI в HOT1, по-видимому, определяет уровеньрекомбинация . [13]

Клиническое значение [ править ]

Заболевания могут быть связаны с мутациями ДНК, при которых ДНК может увеличиваться, например, с болезнью Хантингтона, или утрачены из-за делеционных мутаций. То же самое верно и для мутаций, которые происходят в повторах рДНК; было обнаружено, что если гены, связанные с синтезом рибосом, нарушены или мутированы, это может привести к различным заболеваниям, связанным со скелетом или костным мозгом. Кроме того, любое повреждение или нарушение ферментов, которые защищают тандемные повторы рДНК, может привести к снижению синтеза рибосом, что также приведет к другим дефектам в клетке. Неврологические заболевания также могут возникать из-за мутаций в тандемных повторах рДНК, таких как синдром Блума, который возникает, когда количество тандемных повторов увеличивается почти в сто раз; по сравнению с нормальным количеством тандемных повторов.Различные типы рака также могут возникать в результате мутаций тандемных повторов в рибосомной ДНК. Клеточные линии могут стать злокачественными либо в результате перестройки тандемных повторов, либо из-за увеличения количества повторов в рДНК.[14]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Warmerdam, Дэниэл О .; Вултуис, Роб MF (01.03.2019). «Сохранение неповрежденной рибосомной ДНК: повторяющаяся задача» . Хромосомные исследования . 27 (1): 57–72. DOI : 10.1007 / s10577-018-9594-Z . ISSN  1573-6849 . PMC  6394564 . PMID  30556094 .
  2. ^ a b c Ричард Г.Ф., Керрест А., Дуйон Б. (декабрь 2008 г.). «Сравнительная геномика и молекулярная динамика повторов ДНК у эукариот» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 72 (4): 686–727. DOI : 10.1128 / MMBR.00011-08 . PMC 2593564 . PMID 19052325 .  
  3. ^ Weisburg WG, Сараи SM, Пеллетье DA, Lane DJ (январь 1991). «Амплификация 16S рибосомальной ДНК для филогенетических исследований» . Журнал бактериологии . 173 (2): 697–703. DOI : 10.1128 / jb.173.2.697-703.1991 . PMC 207061 . PMID 1987160 .  
  4. Перейти ↑ Alvarez I, Wendel JF (декабрь 2003 г.). «Рибосомные ITS-последовательности и филогенетический вывод растений». Молекулярная филогенетика и эволюция . 29 (3): 417–34. DOI : 10.1016 / S1055-7903 (03) 00208-2 . PMID 14615184 . 
  5. ^ Weitemier К, ШТРАУБ СК, Фишбеин М, Листон А (2015). «Внутригеномные полиморфизмы среди локусов с высоким числом копий: исследование ядерных рибосомных ДНК в масштабах всего рода у Asclepias (Apocynaceae)» . PeerJ . 3 : e718. DOI : 10,7717 / peerj.718 . PMC 4304868 . PMID 25653903 .  
  6. ^ a b Päques F, Samson ML, Jordan P, Wegnez M (ноябрь 1995 г.). «Структурная эволюция рибосомных генов 5S дрозофилы». Журнал молекулярной эволюции . 41 (5): 615–21. Bibcode : 1995JMolE..41..615P . DOI : 10.1007 / bf00175820 . PMID 7490776 . 
  7. ^ Сумида M, Kato Y, Kurabayashi A (апрель 2004). «Секвенирование и анализ внутренних транскрибируемых спейсеров (ITS) и кодирующих областей в EcoR I фрагменте рибосомной ДНК японской прудовой лягушки Rana nigromaculata» . Гены и генетические системы . 79 (2): 105–18. DOI : 10,1266 / ggs.79.105 . PMID 15215676 . 
  8. ^ Назар Р.Н., Sitz TO, Busch H (февраль 1976). «Гомологии последовательностей в рибосомной РНК 5.8S млекопитающих». Биохимия . 15 (3): 505–8. DOI : 10.1021 / bi00648a008 . PMID 1252408 . 
  9. ^ Fengyi М.Ю., Jiannong X, Zheming Z (1998). «Различия в последовательностях рДНК-ITS2 и ПЦР для диагностики видов Anopheles sinensis и Anopheles anthropophagus из Китая» (PDF) . J Med Coll PLA . 13 : 123–128.
  10. ^ Ли, С; Ли, JS; Groebner, JL; Ким, ХК; Klein, TA; О'Гуинн, ML; Вилкерсон, Р.К. (2005). «Недавно признанный вид в группе Anopheles hyrcanus и молекулярная идентификация родственных видов из Республики Южная Корея (Diptera: Culicidae)» . Zootaxa . 939 : 1–8. DOI : 10.11646 / zootaxa.939.1.1 .
  11. Перейти ↑ Hillis DM, Dixon MT (декабрь 1991 г.). «Рибосомная ДНК: молекулярная эволюция и филогенетический вывод» . Ежеквартальный обзор биологии . 66 (4): 411–53. DOI : 10.1086 / 417338 . PMID 1784710 . 
  12. ^ Keil RL, Редер GS (декабрь 1984). «Цис-действующая, стимулирующая рекомбинацию активность во фрагменте рибосомной ДНК S. cerevisiae» . Cell . 39 (2 Pt 1): 377–86. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (84) 90016-3 . PMID 6094015 . 
  13. ^ Сэридзава N, Хориучи T, Kobayashi T (апрель 2004). «Опосредованная транскрипцией гиперрекомбинация в HOT1» . Гены в клетки . 9 (4): 305–15. DOI : 10.1111 / j.1356-9597.2004.00729.x . PMID 15066122 . 
  14. ^ Warmerdam DO, Wolthuis RM (март 2019). «Сохранение неповрежденной рибосомной ДНК: повторяющаяся задача» . Хромосомные исследования . 27 (1–2): 57–72. DOI : 10.1007 / s10577-018-9594-Z . PMC 6394564 . PMID 30556094 .