Спутниковая ДНК состоит из очень больших массивов тандемно повторяющейся некодирующей ДНК . Сателлитная ДНК является основным компонентом функциональных центромер и основной структурной составляющей гетерохроматина . [1]
Название «сателлитная ДНК» относится к явлению, при котором повторения короткой последовательности ДНК имеют тенденцию производить различную частоту оснований аденина , цитозина , гуанина и тимина и, таким образом, имеют плотность, отличную от основной ДНК, так что они образуют вторую или «сателлитная» полоса, когда геномная ДНК разделяется по градиенту плотности . [2] Последовательности с большим соотношением A + T демонстрируют более низкую плотность, в то время как последовательности с большим соотношением G + C демонстрируют более высокую плотность, чем основная часть геномной ДНК.
Семейства спутниковой ДНК у человека
Сателлитная ДНК вместе с минисателлитной и микросателлитной ДНК составляют тандемные повторы . [3]
Основные семейства спутниковой ДНК человека называются:
Семейство спутников | Размер повторяющейся единицы (bp) | Расположение в хромосомах человека |
---|---|---|
α (альфоидная ДНК) | 170 [4] | Все хромосомы |
β | 68 | Центромеры хромосом 1 , 9 , 13 , 14 , 15 , 21 , 22 и Y |
Спутник 1 | 25–48 | Центромеры и другие участки гетерохроматина большинства хромосом |
Спутник 2 | 5 | Большинство хромосом |
Спутник 3 | 5 | Большинство хромосом |
Длина
Повторяющийся паттерн может иметь длину от 1 пары оснований (мононуклеотидный повтор) до нескольких тысяч пар оснований [5], а общий размер блока сателлитной ДНК может составлять несколько мегабаз без прерывания. Были описаны длинные повторяющиеся единицы, содержащие домены более коротких повторяющихся сегментов и мононуклеотидов (1-5 п.н.), расположенных в кластеры микросателлитов, в которых сгруппированы различия между отдельными копиями более длинных повторяющихся единиц. [5] Большая часть сателлитной ДНК локализована в теломерной или центромерной области хромосомы. Нуклеотидная последовательность повторов довольно хорошо сохраняется у разных видов. Однако изменение длины повтора является обычным явлением. Например, минисателлитная ДНК представляет собой короткий участок (1-5kb) повторяющихся элементов длиной> 9 нуклеотидов. При этом считается, что микросателлиты в последовательностях ДНК имеют длину 1-8 нуклеотидов. [6] Разница в том, сколько повторов присутствует в области (длина области), является основой для снятия отпечатков пальцев ДНК . [ необходима цитата ]
Источник
Считается, что микросателлиты возникли в результате проскальзывания полимеразы во время репликации ДНК. Это происходит из наблюдения, что микросателлитные аллели обычно полиморфны по длине; в частности, различия в длине, наблюдаемые между микросателлитными аллелями, обычно кратны длине повторяющейся единицы. [7]
Патология
Экспансия микросателлитов (экспансия тринуклеотидных повторов ) часто обнаруживается в единицах транскрипции. Часто повторение пары оснований нарушает правильный синтез белка, что приводит к таким заболеваниям, как миотоническая дистрофия . [8]
Состав
Спутниковая ДНК принимает трехмерные структуры более высокого порядка у эукариотических организмов. Это было продемонстрировано на наземном крабе Gecarcinus lateralis , геном которого содержит 3% GC-богатой сателлитной полосы, состоящей из ~ 2100 пар оснований (п.н.) "повторяющегося элемента" мотива последовательности, называемого RU. [9] [10] RU были организованы в длинные тандемные массивы примерно по 16 000 копий на геном. Несколько последовательностей RU были клонированы и секвенированы, чтобы выявить консервативные области обычных последовательностей ДНК на участках более 550 п.н., перемежающихся пятью «дивергентными доменами» в каждой копии RU.
Четыре дивергентных домена состояли из микросателлитных повторов, смещенных по составу оснований, с пуринами на одной цепи и пиримидинами на другой. Некоторые из них содержат мононуклеотидные повторы пар оснований C: G длиной примерно 20 п.н. Эти домены со смещенной цепью имели длину от приблизительно 20 п.н. до более 250 п.н. Наиболее распространенными повторяющимися последовательностями во встроенных микросателлитных областях были CT: AG, CCT: AGG, CCCT: AGGG и CGCAC: GTGCG [11] [12] [5] Было показано, что эти повторяющиеся последовательности принимают измененные структуры, включая трехцепочечную ДНК. , Z-ДНК , стебель-петля и другие при сверхспиральном стрессе . [11] [12] [5]
Между микросателлитными повторами со смещенной цепью и мононуклеотидными повторами C: G все вариации последовательности сохраняли одну или две пары оснований с A (пурин), прерывающим цепь, богатую пиримидином, и T (пиримидин), прерывающим цепь, богатую пурином. Эта особенность последовательности проявляется между микросателлитными повторами и мононуклеотидами C: G во всех четырех секвенированных доменах со смещенной цепью. Эти перерывы в композиционном смещении приняли сильно искаженные конформации, о чем свидетельствует их реакция на нуклеазные ферменты, предположительно из-за стерических эффектов более крупных (бициклических) пуринов, выступающих в комплементарной цепи меньших (моноциклических) пиридиновых колец. Последовательность TTAA: TTAA была обнаружена в самом длинном таком домене RU, который давал самый сильный из всех ответов на нуклеазы. Этот конкретный дивергентный домен со смещенной цепью был субклонирован, и его измененная спиральная структура была изучена более подробно. [11]
Пятый дивергентный домен в последовательности RU характеризовался вариациями симметричного мотива последовательности ДНК из чередующихся пуринов и пиримидинов, которые, как было показано, принимают левостороннюю структуру Z-ДНК / стебель-петля при сверхспиральном стрессе. Консервативная симметричная Z-ДНК была обозначена аббревиатурой Z 4 Z 5 NZ 15 NZ 5 Z 4 , где Z представляет собой чередующиеся пуриновые / пиримидиновые последовательности. Стволовые петля структура была сосредоточена в Z 15 элемента в высоко консервативной палиндромной последовательности CGCACGTGCG: CGCACGTGCG и фланкирует расширенными последовательности палиндромного Z-ДНК более чем область 35 п.н.. Многие варианты RU показали делеции не менее 10 п.н. вне структурного элемента Z 4 Z 5 NZ 15 NZ 5 Z 4 , в то время как другие имели дополнительные последовательности Z-ДНК, удлиняющие чередующиеся пуриновый и пиримидиновый домен до более чем 50 п.н. [13]
Было показано, что одна расширенная последовательность RU (EXT) имеет шесть тандемных копий амплифицированного мотива последовательности 142 п.н. (AMPL), вставленных в область, ограниченную инвертированными повторами, где большинство копий содержит только один элемент последовательности AMPL. В относительно стандартной последовательности AMPL не было обнаружено чувствительных к нуклеазе измененных структур или значительного расхождения последовательностей. Усеченная последовательность RU (TRU), на 327 п.н. короче, чем у большинства клонов, возникла в результате изменения одного основания, ведущего ко второму сайту рестрикции EcoRI в TRU. [9]
У другого краба, рака-отшельника Pagurus pollicaris , было обнаружено семейство AT-богатых сателлитов с инвертированными повторяющимися структурами, которые составляли 30% всего генома. Другой загадочный спутник того же краба с последовательностью CCTA: TAGG [14] [15] был обнаружен вставленным в некоторые палиндромы. [16]
Смотрите также
- Полимеразной цепной реакции
- Центрифугирование с плавучестью
- Экспрессия гена
- Микроспутник
- Трехцепочечная ДНК
- Z-ДНК
- Стебель-петля
- Перевернутый повтор
- ДНК суперспираль
- ДНК-профилирование
Рекомендации
- ^ Lohe AR, Hilliker AJ, Roberts PA (август 1993). «Картирование простых повторяющихся последовательностей ДНК в гетерохроматине Drosophila melanogaster» . Генетика . 134 (4): 1149–74. PMC 1205583 . PMID 8375654 .
- ^ Кит, С. (1961). «Равновесная седиментация в градиентах плотности препаратов ДНК из тканей животных». J. Mol. Биол . 3 (6): 711–716. DOI : 10.1016 / S0022-2836 (61) 80075-2 . ISSN 0022-2836 . PMID 14456492 .
- ^ Тандем + повтор в Национальной медицинской библиотеке США по предметным заголовкам по медицинским предметам (MeSH)
- ^ Тайлер-Смит, Крис; Браун, Уильям Р.А. (1987). «Структура основного блока альфоидной сателлитной ДНК на Y-хромосоме человека». Журнал молекулярной биологии . 195 (3): 457–470. DOI : 10.1016 / 0022-2836 (87) 90175-6 . PMID 2821279 .
- ^ а б в г Фаулер, РФ; Bonnewell, V .; Spann, MS; Скиннер, DM (1985-07-25). «Последовательности трех близкородственных вариантов сложной сателлитной ДНК расходятся в определенных доменах». Журнал биологической химии . 260 (15): 8964–8972. PMID 2991230 .
- ^ Ричард 2008 .
- ^ Leclercq, S; Соперники, E; Ярн, П. (2010). «Проскальзывание ДНК происходит в микросателлитных локусах без минимальной пороговой длины у человека: сравнительный геномный подход» . Genome Biol Evol . 2 : 325–35. DOI : 10.1093 / GbE / evq023 . PMC 2997547 . PMID 20624737 .
- ^ Усдин, К (2008). «Биологические эффекты простых тандемных повторов: уроки болезней распространения повторений» . Genome Res . 18 (7): 1011–9. DOI : 10.1101 / gr.070409.107 . PMC 3960014 . PMID 18593815 .
- ^ а б Bonnewell, V .; Фаулер, РФ; Скиннер, DM (1983-08-26). «Инвертированный повтор ограничивает пятикратную амплификацию сателлитной ДНК». Наука . 221 (4613): 862–865. Bibcode : 1983Sci ... 221..862B . DOI : 10.1126 / science.6879182 . PMID 6879182 .
- ^ Скиннер, DM; Bonnewell, V .; Фаулер, РФ (1983). «Сайты расхождения в последовательности сложной сателлитной ДНК и нескольких клонированных вариантов». Симпозиумы Колд-Спринг-Харбор по количественной биологии . 47 (2): 1151–1157. DOI : 10.1101 / sqb.1983.047.01.130 . PMID 6305575 .
- ^ а б в Фаулер, РФ; Скиннер, DM (1986-07-05). «Эукариотическая ДНК расходится по длинному и сложному пиримидиновому: пуриновому тракту, который может принимать измененные конформации». Журнал биологической химии . 261 (19): 8994–9001. PMID 3013872 .
- ^ а б Стрингфеллоу, Луизиана; Фаулер, РФ; ЛаМарка, Мэн; Скиннер, DM (1985). «Демонстрация значительного расхождения последовательностей в вариантах сложной сателлитной ДНК путем молекулярного клонирования» . Джин . 38 (1–3): 145–152. DOI : 10.1016 / 0378-1119 (85) 90213-6 . PMID 3905513 .
- ^ Фаулер, РФ; Стрингфеллоу, Луизиана; Скиннер, DM (1988-11-15). «Домен, предполагающий Z-конформацию, включает специфическую делецию в некоторых клонированных вариантах сложного сателлита» . Джин . 71 (1): 165–176. DOI : 10.1016 / 0378-1119 (88) 90088-1 . PMID 3215523 .
- ^ Скиннер, Дороти М .; Битти, Ванда Г. (сентябрь 1974 г.). «Характеристика пары изопикнических двойных сателлитных дезоксирибонуклеиновых кислот ракообразных, в одной из которых отсутствует одно основание в каждой цепи». Биохимия . 13 (19): 3922–3929. DOI : 10.1021 / bi00716a017 . ISSN 0006-2960 . PMID 4412396 .
- ^ Чемберс, Кэри А .; Schell, Maria P .; Скиннер, Дороти М. (январь 1978 г.). «Первичная последовательность сателлитной ДНК ракообразных, содержащая семейство повторов». Cell . 13 (1): 97–110. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (78) 90141-1 . PMID 620424 .
- ^ Фаулер, РФ; Скиннер, DM (1985-01-25). «Загадочные спутники, богатые инвертированными повторами, составляют 30% генома рака-отшельника». Журнал биологической химии . 260 (2): 1296–1303. PMID 2981841 .
дальнейшее чтение
- Беридзе, Тенгиз (1986). Спутниковая ДНК . Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-15876-1.
- Хой, Марджори А. (2003). Молекулярная генетика насекомых: введение в принципы и приложения . Академическая пресса. п. 53 . ISBN 978-0-12-357031-4.
Внешние ссылки
- Спутник + ДНК в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)