Спутниковая ДНК - Википедия - Satellite DNA

Спутниковая ДНК состоит из очень больших массивов тандемно повторение, некодирующая ДНК. Спутниковая ДНК - главный компонент функциональной центромеры, и образуют основную структурную составляющую гетерохроматин.[1]

Название «спутниковая ДНК» относится к явлению, когда повторение короткого ДНК последовательность имеет тенденцию производить разную частоту оснований аденин, цитозин, гуанин и тимин, и, таким образом, имеют плотность, отличную от основной ДНК, так что они образуют вторую или «сателлитную» полосу, когда геномная ДНК разделяется на градиент плотности.[2]Последовательности с более высоким соотношением A + T демонстрируют более низкую плотность, в то время как последовательности с более высоким соотношением G + C демонстрируют более высокую плотность, чем основная часть геномной ДНК.

Семейства спутниковой ДНК у людей

Спутниковая ДНК вместе с мини-спутник и микроспутник ДНК, составляют тандем повторяет.[3]

Основные семейства спутниковой ДНК человека называются:

Семейство спутниковРазмер повторяющейся единицы (bp)Расположение в хромосомах человека
α (альфоидная ДНК)170[4]Все хромосомы
β68Центромеры хромосом 1, 9, 13, 14, 15, 21, 22 и Y
Спутник 125-48Центромеры и другие участки гетерохроматина большинства хромосом
Спутник 25Большинство хромосом
Спутник 35Большинство хромосом

Длина

Повторный шаблон может иметь длину от 1 пары оснований (мононуклеотидный повтор) до нескольких тысяч пар оснований,[5] а общий размер блока спутниковой ДНК может составлять несколько мегабаз без перерыва. Были описаны длинные повторяющиеся единицы, содержащие домены более коротких повторяющихся сегментов и мононуклеотидов (1-5 п.н.), расположенных в кластеры микросателлитов, в которых были 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 - обычное дело. Например, мини-спутник ДНК представляет собой короткий участок (1-5kb) из повторяющихся элементов длиной> 9 нуклеотидов. В то время как микроспутники в ДНК последовательности считаются имеющими длину 1-8 нуклеотидов.[6] Разница в том, сколько повторов присутствует в регионе (длина региона), является основой для Дактилоскопия ДНК.[нужна 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

Расширение микроспутников (экспансия тринуклеотидного повтора ) часто встречается в единицах транскрипции. Часто повторение пары оснований нарушает правильный синтез белка, что приводит к таким заболеваниям, как миотоническая дистрофия.[8]

Структура

Спутниковая ДНК принимает трехмерные структуры более высокого порядка в эукариотический организмы. Это было продемонстрировано на наземном крабе. Гекарцин латеральный, 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 для выявления консервативных областей обычных последовательностей ДНК на участках более 550 п.н., перемежаемых 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 и CCCT: AGGG.[11][12][5] Было показано, что эти повторяющиеся последовательности принимают трехцепочечная ДНК структуры под сверхспиральное напряжение или при слабокислом pH.[11][12][5]

Между микросателлитными повторами со смещенной цепью и мононуклеотидными повторами C: G все вариации последовательностей 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 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 комплементарную цепь меньших (моноциклических) пиридиновых колец. Последовательность TTAA: TTAA была обнаружена в самом длинном таком домене RU, который вызывал самый сильный из всех ответов на нуклеазы. Этот конкретный дивергентный домен со смещенной цепью был субклонированный 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 структура при сверхспиральном напряжении. Консервативная симметричная Z-ДНК была обозначена как Z4Z5NZ15NZ5Z4, где Z представляет собой чередующиеся пуриновые / пиримидиновые последовательности. За исключением Z15 Мотив последовательности, последовательности Z-ДНК были вариабельными среди различных копий RU, в то время как симметричный мотив последовательности пурина / пиримидина Z-ДНК сохранялся. А стебель-петля структура была центрирована в Z15 элемент в очень консервативном палиндромная последовательность CGCACGTGCG: CGCACGTGCG и фланкирован протяженными последовательностями палиндромной Z-ДНК на участке длиной 35 п.н. Многие варианты RU показали делеции не менее 10 п.н. вне Z4Z5NZ15NZ5Z4 структурный элемент, в то время как другие имели дополнительные последовательности Z-ДНК, удлиняющие чередующиеся пуриновый и пиримидиновый домен до более чем 50 п.н.[13]

В другом месте в RU были обнаружены дополнительные тандемные повторы мотива последовательности CGCAC: GTGCG, встроенные в самый длинный из четырех смещенных пиримидин: пуриновых дивергентных доменов, подробно изученных, как обсуждалось выше.[5]

Было показано, что одна расширенная последовательность RU (EXT) имеет шесть тандемных копий мотива амплифицированной 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]

Еще один краб, краб-отшельник Pagurus pollicaris, было показано, что у него есть семейство спутников с множеством AT с перевернутый повтор структуры, составляющие 30% всего генома. Другой загадочный спутник от того же краба с последовательностью CCTA: TAGG[14][15] был найден вставленным в некоторые палиндромы.[16]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Лохе А.Р., Хилликер А.Дж., Робертс П.А. (август 1993 г.). «Картирование простых повторяющихся последовательностей ДНК в гетерохроматине Drosophila melanogaster». Генетика. 134 (4): 1149–74. ЧВК  1205583. PMID  8375654.
  2. ^ Кит, С. (1961). «Равновесная седиментация в градиентах плотности препаратов ДНК из тканей животных». J. Mol. Биол. 3 (6): 711–716. Дои:10.1016 / S0022-2836 (61) 80075-2. ISSN  0022-2836. PMID  14456492.
  3. ^ Тандем + повтор в Национальной медицинской библиотеке США Рубрики медицинской тематики (MeSH)
  4. ^ 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. Дои:10.1016/0022-2836(87)90175-6. PMID  2821279.
  5. ^ а б c d е Fowler, R. F .; Bonnewell, V .; Spann, M. S .; Скиннер, Д. М. (1985-07-25). «Последовательности трех близкородственных вариантов сложной сателлитной ДНК расходятся в определенных доменах». Журнал биологической химии. 260 (15): 8964–8972. PMID  2991230.
  6. ^ Ричард 2008.
  7. ^ Leclercq, S; Соперники, E; Ярн, П. (2010). «Проскальзывание ДНК происходит в микросателлитных локусах без минимальной пороговой длины у людей: сравнительный геномный подход». Геном Биол Эвол. 2: 325–35. Дои:10.1093 / gbe / evq023. ЧВК  2997547. PMID  20624737.
  8. ^ Усдин, К (2008). «Биологические эффекты простых тандемных повторов: уроки болезней распространения повторов». Genome Res. 18 (7): 1011–9. Дои:10.1101 / гр.070409.107. ЧВК  3960014. PMID  18593815.
  9. ^ а б Bonnewell, V .; Fowler, R. F .; Скиннер, Д. М. (26 августа 1983 г.). «Инвертированный повтор ограничивает пятикратную амплификацию сателлитной ДНК». Наука. 221 (4613): 862–865. Bibcode:1983Sci ... 221..862B. Дои:10.1126 / science.6879182. PMID  6879182.
  10. ^ Скиннер, Д. М .; Bonnewell, V .; Фаулер, Р.Ф. (1983). «Сайты расхождения в последовательности сложной сателлитной ДНК и нескольких клонированных вариантов». Симпозиумы Колд-Спринг-Харбор по количественной биологии. 47 (2): 1151–1157. Дои:10.1101 / sqb.1983.047.01.130. PMID  6305575.
  11. ^ а б c Fowler, R. F .; Скиннер, Д. М. (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.
  12. ^ а б Стрингфеллоу, Л. А .; Fowler, R. F .; LaMarca, M.E .; Скиннер, Д. М. (1985). «Демонстрация значительного расхождения последовательностей в вариантах сложной сателлитной ДНК путем молекулярного клонирования». Ген. 38 (1–3): 145–152. Дои:10.1016/0378-1119(85)90213-6. PMID  3905513.
  13. ^ Fowler, R. F .; Стрингфеллоу, Л. А .; Скиннер, Д. М. (1988-11-15). «Домен, предполагающий Z-конформацию, включает специфическую делецию в некоторых клонированных вариантах сложного сателлита». Ген. 71 (1): 165–176. Дои:10.1016/0378-1119(88)90088-1. PMID  3215523.
  14. ^ 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. Дои:10.1021 / bi00716a017. ISSN  0006-2960. PMID  4412396.
  15. ^ Чемберс, Кэри А .; Schell, Maria P .; Скиннер, Дороти М. (январь 1978 г.). «Первичная последовательность сателлитной ДНК ракообразных, содержащая семейство повторов». Клетка. 13 (1): 97–110. Дои:10.1016/0092-8674(78)90141-1. PMID  620424.
  16. ^ Fowler, R. F .; Скиннер, Д. М. (25 января 1985 г.). «Загадочные спутники, богатые инвертированными повторами, составляют 30% генома рака-отшельника». Журнал биологической химии. 260 (2): 1296–1303. PMID  2981841.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка