Satelitarne DNA - Satellite DNA

Satelitarne DNA składa się z bardzo dużych macierzy tandemowo powtarzających się, niekodujących DNA . Satelitarne DNA jest głównym składnikiem funkcjonalnych centromerów i stanowi główny składnik strukturalny heterochromatyny .

Nazwa „satelitarne DNA” odnosi się do zjawiska polegającego na tym, że powtórzenia krótkiej sekwencji DNA mają tendencję do wytwarzania innej częstotliwości zasad adeniny , cytozyny , guaniny i tyminy , a zatem mają inną gęstość niż w masie DNA, tak że tworzą one drugą lub prążek „satelitarny”, gdy genomowy DNA jest rozdzielany w gradiencie gęstości . Sekwencje o wyższym stosunku A + T wykazują niższą gęstość, podczas gdy te o większym stosunku G + C wykazują wyższą gęstość niż większość genomowego DNA.

Rodziny satelitarnego DNA u ludzi

DNA satelitarne wraz z DNA minisatelitarnym i mikrosatelitarnym tworzą powtórzenia tandemowe .

Główne rodziny satelitarnego DNA u ludzi to:

Rodzina satelitów Wielkość powtarzalnej jednostki (bp) Lokalizacja w ludzkich chromosomach
α (alfoidalny DNA) 170 Wszystkie chromosomy
β 68 Centromery chromosomów 1 , 9 , 13 , 14 , 15 , 21 , 22 i Y
Satelita 1 25-48 Centromery i inne regiony w heterochromatynie większości chromosomów
Satelita 2 5 Większość chromosomów
Satelita 3 5 Większość chromosomów

Długość

Powtarzający się wzór może mieć długość od 1 pary zasad (powtórzenie mononukleotydu) do kilku tysięcy par zasad, a całkowity rozmiar bloku satelitarnego DNA może wynosić kilka mega zasad bez przerwy. Opisano jednostki o długich powtórzeniach zawierające domeny krótszych, powtarzających się segmentów i mononukleotydy (1-5 pz), ułożone w klastry mikrosatelitów, przy czym różnice pomiędzy poszczególnymi kopiami jednostek o dłuższych powtórzeniach były skupione. Większość satelitarnego DNA jest zlokalizowana w telomerycznym lub centromerowym regionie chromosomu. Sekwencja nukleotydowa powtórzeń jest dość dobrze zachowana u różnych gatunków. Jednak zmienność długości powtórzeń jest powszechna. Na przykład minisatelitarny DNA to krótki region (1-5 kb) powtarzających się elementów o długości >9 nukleotydów. Natomiast mikrosatelity w sekwencji DNA uważa się za o długości 1-8 nukleotydów. Różnica w liczbie powtórzeń obecnych w regionie (długość regionu) jest podstawą do odcisków palców DNA .

Początek

Uważa się, że mikrosatelity powstały w wyniku poślizgu polimerazy podczas replikacji DNA. Wynika to z obserwacji, że allele mikrosatelitarne są zazwyczaj polimorficzne długości; w szczególności, różnice długości obserwowane między allelami mikrosatelitarnymi są na ogół wielokrotnościami długości jednostki powtarzalnej.

Patologia

Ekspansja mikrosatelitarna (ekspansja powtórzeń trinukleotydowych ) często występuje w jednostkach transkrypcyjnych. Często powtarzanie par zasad zaburza prawidłową syntezę białek, prowadząc do chorób takich jak dystrofia miotoniczna .

Struktura

Satelitarne DNA przyjmuje trójwymiarowe struktury wyższego rzędu w organizmach eukariotycznych . Zostało to zademonstrowane u kraba lądowego Gecarcinus lateralis , którego genom zawiera 3% bogatego w GC pasma satelitarnego składającego się z motywu sekwencji "jednostki powtórzenia" ~2100 par zasad (pz) zwanego RU. RU ułożono w długie macierze tandemowe z około 16 000 kopii na genom. Kilka sekwencji RU sklonowano i zsekwencjonowano, aby ujawnić konserwowane regiony konwencjonalnych sekwencji DNA na odcinkach większych niż 550 pz, przeplatanych pięcioma „rozbieżnymi domenami” w każdej kopii RU.

Cztery rozbieżne domeny składały się z powtórzeń mikrosatelitarnych o obciążonym składzie podstawowym, z purynami na jednej nici i pirymidynami na drugiej. Niektóre zawierały mononukleotydowe powtórzenia par zasad C:G o długości około 20 pz. Te domeny z odchyloną nicią miały długość od około 20 pz do ponad 250 pz. Najczęściej powtarzającymi się sekwencjami w osadzonych regionach mikrosatelitarnych były CT:AG, CCT:AGG, CCCT:AGGG i CGCAC:GTGCG. Wykazano, że te powtarzające się sekwencje przyjmują zmienione struktury, w tym trójniciowy DNA , Z-DNA , łodyga-pętla i inni pod wpływem stresu superhelikalnego .

Pomiędzy powtórzeniami mikrosatelitarnymi ze skośnymi na nici a powtórzeniami mononukleotydowymi C:G, wszystkie warianty sekwencji zachowały jedną lub dwie pary zasad z A (puryna) przerywającą nić bogatą w pirymidynę i T (pirymidyna) przerywającą nić bogatą w purynę. Ta nagła zmiana występowała w każdym przypadku między powtórzeniami mikrosatelitarnymi a mononukleotydami C:G. Te przerwy w odchyleniu kompozycyjnym przyjęły wysoce zniekształcone konformacje, jak pokazano przez ich odpowiedź na enzymy nukleazy, przypuszczalnie ze względu na efekty steryczne większych (bicyklicznych) puryn wystających w komplementarną nić mniejszych (monocyklicznych) pierścieni pirydynowych. Sekwencja TTAA:TTAA została znaleziona w najdłuższej takiej domenie RU, która wywołała najsilniejszą ze wszystkich odpowiedzi na nukleazy w obserwacjach eksperymentalnych. Ta konkretna rozbieżna domena z odchyleniem od nici została zsubklonowana, a jej zmienioną strukturę spiralną zbadano bardziej szczegółowo.

Piąta rozbieżna domena w sekwencji RU została scharakteryzowana przez zmiany symetrycznego motywu sekwencji DNA naprzemiennych puryn i pirymidyn, co do których wykazano, że przyjmują lewoskrętną strukturę Z-DNA / łodyga-pętla pod wpływem stresu superhelikalnego. Konserwowany symetryczny Z-DNA skrócie Z 4 Z : 5 NZ 15 NZ : 5 Z 4 , w którym Z oznacza zmienny purynowego / pirymidyny sekwencji. Macierzystych pętli strukturę w środku Z 15 elementu w wysoce konserwatywnych sekwencji palindromowej CGCACGTGCG: CGCACGTGCG i była otoczona przez dłuższy sekwencje palindromowe Z-DNA w regionie, 35 bp. Wiele RU warianty wykazywały delecje co najmniej 10 bp, poza Z 4 Z 5 NZ 15 NZ 5 Z 4 elementu konstrukcyjnego, a jeszcze inne dodatkowe sekwencje Z-DNA wydłużania puryn zmienny i domenę pirymidyny do ponad 50 bp.

Wykazano, że jedna rozszerzona sekwencja RU (EXT) ma sześć tandemowych kopii motywu sekwencji amplifikowanej (AMPL) o 142 bp wstawionej do regionu ograniczonego odwróconymi powtórzeniami, gdzie większość kopii zawierała tylko jeden element sekwencji AMPL. Nie było wrażliwych na nukleazy zmienionych struktur ani znaczącej rozbieżności sekwencji we względnie konwencjonalnej sekwencji AMPL. Skrócona sekwencja RU (TRU), o 327 bp krótsza niż większość klonów, powstała z pojedynczej zmiany zasady prowadzącej do drugiego miejsca restrykcyjnego EcoRI w TRU.

Inny krab, krab pustelnik Pagurus pollicaris , okazał się mieć rodzinę bogatych w AT satelitów ze strukturami odwróconych powtórzeń , które stanowiły 30% całego genomu. W niektórych palindromach znaleziono innego tajemniczego satelitę tego samego kraba o sekwencji CCTA:TAGG.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki