Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схематическое изображение процесса проскальзывания при репликации fork.png

Ошибочное спаривание с проскальзыванием цепи ( SSM ) (также известное как проскальзывание репликации ) - это процесс мутации, который происходит во время репликации ДНК . Это включает денатурацию и смещение цепей ДНК , что приводит к неправильному спариванию комплементарных оснований. Неправильное спаривание со скользящей цепью - одно из объяснений происхождения и эволюции повторяющихся последовательностей ДНК . [1]

Это форма мутации, которая приводит либо к экспансии тринуклеотида или динуклеотида, либо иногда к сокращению во время репликации ДНК . [2] Проскальзывание обычно происходит, когда последовательность повторяющихся нуклеотидов ( тандемных повторов ) обнаруживается в месте репликации. Тандемные повторы - это нестабильные области генома, где могут иметь место частые вставки и делеции нуклеотидов, приводящие к перестройкам генома. [3] ДНК-полимераза , основной фермент, катализирующий полимеризацию свободных дезоксирибонуклеотидов.в вновь образующуюся цепь ДНК, играет важную роль в возникновении этой мутации. Когда ДНК-полимераза встречает прямой повтор, она может претерпеть проскальзывание репликации. [4]

Проскальзывание цепи также может происходить на этапе синтеза ДНК в процессах репарации ДНК . В последовательностях тринуклеотидных повторов ДНК восстановление повреждений ДНК процессами гомологичной рекомбинации , негомологичного соединения концов , репарации несоответствия ДНК или эксцизионной репарации оснований может включать неправильное спаривание цепей, приводящее к расширению тринуклеотидного повтора, когда репарация завершена. [5]

Также было показано, что неправильное спаривание со смещенной цепью функционирует как механизм изменения фазы у некоторых бактерий. [6]

Этапы [ править ]

Проскальзывание происходит через пять основных этапов:

  1. На первом этапе ДНК-полимераза встречает прямой повтор в процессе репликации.
  2. Полимеразный комплекс приостанавливает репликацию и временно высвобождается из цепи матрицы.
  3. Вновь синтезированная цепь затем отделяется от цепи-шаблона и спаривается с другим прямым повторением выше по течению.
  4. ДНК-полимераза повторно собирает свое положение на матричной цепи и возобновляет нормальную репликацию, но в ходе повторной сборки полимеразный комплекс возвращается назад и повторяет вставку дезоксирибонуклеотидов, которые были добавлены ранее. Это приводит к тому, что некоторые повторы, обнаруженные в цепи матрицы, дважды реплицируются в дочернюю цепь. Это расширяет область репликации вновь вставленными нуклеотидами. Шаблон и дочерняя нить больше не могут правильно соединяться. [4]
  5. Белки эксцизионной репарации нуклеотидов мобилизуются в эту область, где одним из вероятных результатов является экспансия нуклеотидов в матричной цепи, а другим - отсутствие нуклеотидов. Хотя сокращение тринуклеотида возможно, экспансия тринуклеотида происходит чаще. [2]

Эффекты [ править ]

Тандемные повторы (основное влияние на репликацию проскальзывания) можно найти в кодирующих и некодирующих областях. Если эти повторы обнаруживаются в кодирующих областях, то вариации полинуклеотидной последовательности могут приводить к образованию аномальных белков у эукариот. Сообщалось, что многие заболевания человека связаны с экспансиями тринуклеотидных повторов, включая болезнь Хантингтона . [7] Ген HD [8] присутствует во всех геномах человека. Если происходит событие проскальзывания, тандемные повторы гена HD могут сильно увеличиваться. [8] У человека, который не страдает болезнью Хантингтона, будет 6-35 тандемных повторов в локусе HD. Однако у пораженного человека будет 36–121 повторение. [7] Расширение локуса HD приводит к нарушению функции белка, что приводит к болезни Хантингтона.

Ассоциации болезней [ править ]

Болезнь Хантингтона обычно прогрессирует и приводит к двигательным, когнитивным и психическим расстройствам. Эти расстройства могут серьезно повлиять на повседневную деятельность человека, затрудняя правильное общение и независимые действия. [9] Проскальзывание репликации также может привести к другим нейродегенеративным заболеваниям у людей. К ним относятся спинное и бульбарное мышечная атрофия (расширение тринуклеотидного в гене AR), dentatorubral-pallidoluysian атрофии (разложение тринуклеотида в гене DRPLA), спиноцеребеллярная атаксию типа 1 (расширения тринуклеотида в SCA1gene), болезнь Мачадо-Джозеф (расширение тринуклеотидного в Ген SCA3), миотоническая дистрофия(экспансия тринуклеотида в гене DMPK) и атаксия Фридрейха (экспансия тринуклеотида в гене X25). [7] Таким образом, проскальзывание репликации приводит к форме экспансии тринуклеотида, которая приводит к серьезным изменениям в структуре белка.

Самоускорение [ править ]

События SSM могут приводить к вставке или удалению. Считается, что вставки являются самоускоряющимися: по мере увеличения количества повторов вероятность последующих событий неправильного сопряжения увеличивается. Вставки могут расширять простые тандемные повторы на одну или несколько единиц. В длинных повторах расширения могут включать два или более единиц. Например, вставка одной повторяющейся единицы в GAGAGA расширяет последовательность до GAGAGAGA, в то время как вставка двух повторяющихся единиц в [GA] 6 приводит к [GA] 8 . Области генома с высокой долей повторяющихся последовательностей ДНК ( тандемные повторы , микросателлиты ) склонны к проскальзыванию цепи во время репликации ДНК и репарации ДНК .

Расширение повтора тринуклеотидного является причиной целого ряда заболеваний человека , включая синдром ломкого Х , болезнь Хантингтона , несколько спиноцеребеллярной атаксии , миотоническую дистрофию и Фридрих атаксию . [5]

Эволюция разнообразных смежных повторов [ править ]

Считается, что сочетание событий SSM с точечной мутацией объясняет эволюцию более сложных повторяющихся единиц. Мутации с последующим расширением будут приводить к образованию новых типов смежных коротких тандемных повторяющихся единиц. Например, трансверсия может изменить простой двухосновный повтор [GA] 10 на [GA] 4 GATA [GA] 2 . Затем это может быть расширено до [GA] 4 [GATA] 3 [GA] 2 двумя последующими событиями SSM. Простые повторяющиеся последовательности ДНК, содержащие множество соседних коротких тандемных повторов, обычно наблюдаются в небелковых кодирующих областях эукариотических клеток. геномы .

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Levinson G, Gutman GA (май 1987). «Неправильное спаривание со скользящей цепью: основной механизм эволюции последовательности ДНК» . Мол. Биол. Evol . 4 (3): 203–21. DOI : 10.1093 / oxfordjournals.molbev.a040442 . PMID  3328815 .
  2. ^ a b Хартл Л.Д. и Руволо М., 2012, Генетический анализ генов и геномов, Jones & Bartlett Learning, Берлингтон, стр. 529
  3. ^ Ловетт, ST; Драпкин, П.Т .; Сутера, Вирджиния; Младший, TJ; Глюкман-Пескинд, Т.Дж. (1993). «Механизм обмена сестринской цепью для recA-независимой делеции повторяющихся последовательностей ДНК в Escherichia coli» . Генетика . 135 (3): 631–642. PMC 1205708 . PMID 8293969 .  
  4. ^ а б Вигера, E; Canceill, D; Эрлих, С.Д. (2001). «Проскальзывание репликации включает паузу и диссоциацию ДНК-полимеразы» . Журнал EMBO . 20 (10): 2587–2595. DOI : 10.1093 / emboj / 20.10.2587 . PMC 125466 . PMID 11350948 .  
  5. ^ Б Usdin К, Дом NC, Freudenreich СН (2015). «Повторить нестабильность во время ремонта ДНК: выводы из модельных систем» . Крит. Rev. Biochem. Мол. Биол . 50 (2): 142–67. DOI : 10.3109 / 10409238.2014.999192 . PMC 4454471 . PMID 25608779 .  
  6. Перейти ↑ Torres-Cruz J, van der Woude MW (декабрь 2003 г.). «Неправильное спаривание со скользящей цепью может функционировать как механизм изменения фазы у Escherichia coli» . J. Bacteriol . 185 (23): 6990–4. DOI : 10.1128 / jb.185.23.6990-6994.2003 . PMC 262711 . PMID 14617664 .  
  7. ^ a b c Браун Т.А. Геномы. 2-е издание. Оксфорд: Wiley-Liss; 2002. Глава 14, Мутация, ремонт и рекомбинация. Доступно по адресу : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21114/ По состоянию на 3 ноября 2012 г.
  8. ^ a b Петруска Дж, Хартенстайн М.Дж., Гудман М.Ф. (февраль 1998 г.). «Анализ проскальзывания цепи в расширениях ДНК-полимеразы триплетных повторов CAG / CTG, связанных с нейродегенеративным заболеванием» . J. Biol. Chem . 273 (9): 5204–10. DOI : 10.1074 / jbc.273.9.5204 . PMID 9478975 . 
  9. ^ «Этапы HD» . Архивировано из оригинала на 2013-11-01 . Проверено 30 октября 2013 . Болезнь Хантингтона

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Левинсон, Джин (2020). Переосмысление эволюции: революция, которая скрывается на виду . World Scientific. ISBN 9781786347268.